БИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ
БИОЛОГИЯ ЖИВОТНЫХ
ПЕЧАТНАЯ ВЕРСИЯ
ЭЛЕКТРОННАЯ ВЕРСИЯ
 
КАК ПОДАТЬ РУКОПИСЬ
 
КАРТА САЙТА
НА ГЛАВНУЮ

 

 

 

 

doi: 10.15389/agrobiology.2020.3.481rus

УДК 631.95:631.46

Работа выполнена при поддержке РНФ (проект № 18-16-00073).

 

Bacillus megaterium 501rif КАК АНТИДОТ ГЕРБИЦИДА ПРОМЕТРИНА
В ПОСЕВАХ ОВСА И КУКУРУЗЫ

Ю.В. КРУГЛОВ, Т.О. ЛИСИНА, Е.Е. АНДРОНОВ

Использование гербицида прометрина — 4,6-бис-(изопропиламино)-2-метилтио-1,3,5-триазина для борьбы с сорняками на посевах сельскохозяйственных культур приводит к возникновению ряда агротехнологических и экологических проблем в связи с его относительно высокой персистентностью в окружающей среде. Предпринимаются попытки использовать для биоремедиации почв микроорганизмы. Особый интерес представляют споровые бактерии Bacillus megaterium, продуцирующие ряд физиологически активных веществ, повышающие эффективность фотосинтеза, стимулирующие рост и формирование генеративных органов растений, а также утилизирующие некоторые пестициды. В настоящей работе впервые показано, что культура B. megaterium 501rif снижает фитотоксичность гербицида и разлагает его в ризосфере овса и кукурузы. Целью работы было изучение приживаемости культуры Bacillus megaterium 501rif в ризосфере овса и кукурузы, оценка ее влияния на устойчивость растений к прометрину и эффективность разложения этого гербицида в почве. B. megaterium 501rif — мутант, устойчивый к антибиотику рифампицину, получен методом градиентного отбора из исходного штамма, выделенного нами из чернозема обыкновенного (Кокчетавская обл., Казахстан). Для проведения вегетационных опытов B. megaterium 501rif выращивали на ротационной качалке в течение 48 ч при 30 °С и 140 об/мин.  Титр бактерий составлял 5×108 КОЕ/мл и включал не менее 90 % вегетативных клеток. Семена овса посевного (Avena sativa L.) сорта Победа и кукурузы (Zeal mays L.) сорта Росс 199 Мв инокулировали 2-суточной жидкой культурой B. megaterium 501rif, после чего высаживали в вегетационные сосуды объемом 2,0 кг. Почва — дерново-подзолистая, среднесуглинистая, cсодержанием органического вещества 2,3 %, рНсол. 5,8. Гербицид прометрин в виде водной суспензии смачивающегося порошка («Panama Agrochemical Inc.», Панама) вносили в количестве 0,12; 0,22; 0,67 и 1,23 мг/кг в опыте с овсом и 3,4; 6,8 и 20,4 мг/кг в опыте с кукурузой. В последнем случае дополнительно был введен вариант с парующей почвой, содержащей прометрин (6,8 мг/кг). Контролем служили аналогичные варианты без инокуляции. Растения выращивали в световой камере Фитос-4 (ФГУП «Фитос», Россия) при температуре 22-25 °С. Сухуюбиомассу растений, содержание прометрина в почве и численность бактерий в ризосфере учитывали через 30 сут после появления всходов. Полевой опыт проводили в 2010 году на опытном поле Всероссийского НИИ сельскохозяйственной микробиологии (г. Пушкин, Ленинградская обл.). Почва — дерново-подзолистая среднесуглинистая, с содержанием органического углерода 2,3 %, рН 5,6. Гербицид прометрин вносился в верхний слой почвы на глубину 0-10 см в дозе 500 мг/м2, что соответствует 1,5 мг/кг. Семена кукурузы сорта Росс 199 Мв перед посевом инокулировали жидкой культурой B. megaterium 501rif с титром 5×108 КОЕ/мл. В контрольном варианте инокуляцию не проводили. Наземную массу растений и содержание гербицида в почве определяли спустя 30 сут после появления всходов. Бацилла B. megaterium 501rif хорошо приживалась в ризосфере овса и кукурузы. Численность бактерий составляла от 300 до 500 тыс. КОЕ/г почвы, причем от 58 до 80 % бактерий находилось в виде физиологически активных вегетативных клеток. При инокуляции культурой B. megaterium 501rif биомасса овса в варианте без гербицида возрастала на 11 %, кукурузы — на 20 %. Эффективность инокуляции увеличивалась на фоне прометрина. Существенно повышалась устойчивость растений к гербициду, содержание прометрина в почве под овсом снижалось в 2-3 раза, под кукурузой — в 20 раз. В полевых опытах через 30 сут после появления всходов масса растений кукурузы в контроле составляла 257±15 г/м2, при инокуляции B. megaterium 501rif — 287±20 г/м2. Содержание гербицида в почве в варианте с инокуляцией уменьшалось почти в 3 раза по сравнению с контролем (0,15±0,03 против 0,45±0,10 мг/кг). Предполагается, что механизм протекторного действия бактерий B. megaterium 501rif по отношению к гербициду обусловлен, с одной стороны, положительным влиянием продуктов их жизнедеятельности, в частности поли-бета-гидроксимасляной кислоты, на растения, с другой — активным участием микроорганизмов в деградации прометрина. Таким образом, B. megaterium 501rif, подобно антидоту, снимает фитотоксическое действие гербицида на растения и повышает их продуктивность. Кукуруза, инокулированная бактериями, эффективно очищает почву от прометрина и может использоваться в качестве биомелиоранта.

Ключевые слова: Bacillus megaterium, протектор, антидот, прометрин, деградация гербицида, овес, кукуруза, биоремедиация почвы.

 

 

Bacillus megaterium 501rif AS ANTIDOT OF HERBICIDE PROMETRYN IN CROPS OF OATS AND CORN

Yu.V. Kruglov, T.O. Lisina, E.E. Andronov

The application of the herbicide prometryn (4,6-bis-(isopropylamino)-2-methylthio-1,3,5-triazine) for weed control, makes many agrotechnological and ecological problems due to relatively higher persistence in the environment. It is well known that many microorganisms are capable of decomposing the herbicide. There has been some attempt to use microorganisms for bioremediation of soils. Bacillus megaterium is of particular interest because it produces many physiologically active substances that increase the efficiency of photosynthesis, stimulates growth, and accelerates the formation of plants reproductive organs, as well as decomposes some pesticides. In this article, we present new data on the effect of B. megaterium 501rif inoculation upon plant resistance to the herbicide prometryn. There was shown that the B. megaterium 501rif brings down the phytotoxicity of the herbicide and decomposes it in the rhizospheres of oats and corn. The purposes of the work were to study the survival rate of B. megaterium 501rif in the rhizosphere of oats and maize and to estimate its effect on plant resistance to prometryn, as well as ability to effectively decomposition of this herbicide in the soil. B. megaterium 501rif was cultured on a rotary shaker for 48 hours at 30 °С, 140 rpm. The bacterial titer was 5×108 CFU/ml and included at least 90 % of the alive cells. Seeds of oats (Avena sativa L.) cultivar Pobeda and maize (Zeal mays L.) cultivar Ross 199 MV were inoculated with a 2-days liquid culture of B. megaterium 501rifand were sown in vegetative pots. The soil was soddy-podzolic, medium loam, with an organic matter content of 2.3 %, pH 5.8. An aqueous suspension of wetting powder of prometryn (Panama Agrochemical Inc., Panama) was applied in the quantity of 0.12, 0.22, 0.67, and 1.23 mg/kg in the experiment with oats and 3.4, 6.8 and 20.4 mg/kg in the experiment with corn. In last case there was a variant with prometryn (6.5 mg/kg) but without plants. Plants were grown in the light chamber Phytos-4 (PHYTOS, Russia) at a temperature of 22-25 °C. The dry weight of plants, the quantity of prometryn in the soil, and the number of bacteria in the rhizosphere were determined 30 days after the sprouts appeared. The field experiment was conducted in the experimental field of the All Russia Institute for Agricultural Microbiology (Pushkin, Leningrad region). The soil was soddy-podzolic medium loam, with an organic carbon content of 2.3 %, pH 5.6. The herbicide prometryn was applied to the soil at a dose of 500 mg/m2, which approximately corresponded to 1,5 mg/kg. The seeds of corn were not inoculated in the control.  The dry weight of plants and the quantity of herbicide in the soil were determined 30 days after the sprouts appeared. B. megaterium 501rif took root well in the rhizospheres of oats and corn. The number of bacteria were 300 to 500 thousand CFU/g soil, and from 58 to 80 % of them were physiologically active cells. The weight of oats increased by 11 %, corn — by 20 %, when seeds were inoculated with B. megaterium 501rif culture. The resistance of plants to herbicide significantly increased and quantity of prometryn decreased 2-3-fold in the soil under oats, and 20-fold under corn. In the field experiment the weight of the corn plant was 11.6 % higher, while the herbicide quantity in the soil was 3 times lower than in the control. We suppose that the higher resistance of plants inoculated with bacteria to the herbicide is due to a positive effect of their metabolites, in particular poly-beta-hidroxibutyrate, produced by bacteria as well as active participation of bacteria in the degradation of the herbicide. Thus, B. megaterium501rif like an antidote takes off the phytotoxic effect of the herbicide on plants and increases their productivity. Corn, when inoculated with bacteria, decomposes prometryn effectively and can be used for bioremediation.

Keywords: Bacillus megaterium, protector, antidote, prometryn, herbicide degradation, oats, corn, soil bioremediation.

 

ФГБНУ Всероссийский НИИ сельскохозяйственной
микробиологии,

196608 Россия, г. Санкт-Петербург—Пушкин,
ш. Подбельского, 3,
e-mail: yuvkruglov@yandex.ru ✉, lisina-to@yandex.ru, eeandr@gmail.com

Поступила в редакцию
28 ноября 2019 года

 

назад в начало

 


СОДЕРЖАНИЕ

 

 

Полный текст PDF

Полный текст HTML