doi: 10.15389/agrobiology.2018.5.958rus
УДК 633.41:632.4:578.1:58.071
ФИЗИОЛОГО-БИОХИМИЧЕСКИЕ ОТВЕТЫ РАСТЕНИЙ САХАРНОЙ
СВЕКЛЫ (Beta vulgaris L.), ЗАРАЖЕННЫХ ГРИБОМ Alternaria alternata,
НА ПРИМЕНЕНИЕ МИКРОБНЫХ ПРЕПАРАТОВ НА ОСНОВЕ
Bacillussubtilis
О.В. ЛАСТОЧКИНА1, 2, Л.И. ПУСЕНКОВА1, Р.А. ЮЛДАШЕВ1, 2, Е.Ю. ИЛЬЯСОВА1, S. ALINIAEIFARD3
Болезни листьев, вызванные патогенными грибами рода Alternaria, значительно снижают качество и продуктивность корнеплодов сахарной свеклы (Beta vulgaris L.). К перспективным агентам биоконтроля болезней растений относятся биопрепараты на основе бактерий Bacillus subtilis в связи с их способностью стимулировать рост и активировать иммунитет растений к биотическим стрессорам. К началу исследования мы не располагали сведениями о влиянии B. subtilis на физиологические характеристики растений сахарной свеклы, пораженных альтернариозом. Нами впервые представлены данные, которые свидетельствуют, что такие биопрепараты препятствуют снижению фотосинтеза, индуцированному возбудителем альтернариоза, и инициируют защитные реакции у растений сахарной свеклы, включая синтез ингибиторов гидролитических ферментов и при этом уменьшая количество пролина.Высокую эффективность проявил испытанный впервые новый штамм B. subtilis10-4, выделенный из почв в Республике Башкортостан. Цель работы заключалась в оценке влияния биопрепаратов фитоспорин-М, витаплан и штамма B. subtilis 10-4 на физиолого-биохимические показатели и продуктивность сахарной свеклы сорта Кампаи при заражении Alternaria alternata. В опытах использовали биопрепараты фитоспорин-М (B. subtilis 26D, НВП «БашИнком», г. Уфа), витаплан (B. subtilis 2604D + B. subtilis 2605D, ЗАО «Агробиотехнология», Россия) и B. subtilis 10-4 (Башкирский НИИ сельского хозяйства). Растения опрыскивали суспензиями биопрепаратов 2-кратно: в фазу 2-3 пар и 4-6 пар настоящих листьев. Полевые опыты проводили в Предуральской степной зоне Республики Башкортостан (OOO «Чишмы агроинвест») в 2013 году. Всходы были искусственно заражены нанесением на листья по 100 мкл суспензии гриба A. alternata (106 КОЕ/мл). Оценивали содержание фотосинтетических пигментов (хлорофиллов a, b и каротиноидов) в листьях, площадь листовой поверхности, активность гидролаз и их ингибиторов, образование пролина и сахара в листьях, а также накопление сахарозы в корнеплодах и их продуктивность. Впервые показано, что 2-кратное внесение фитоспорина-М, витаплана и штамма B. subtilis 10-4 стимулировало синтез фотосинтетических пигментов в здоровых растениях (в 1,2-1,9 раза) и препятствовало снижению фотосинтетической активности в зараженных A. alternatа (в 1,2-1,5 раза), что проявилось в увеличении площади листовой поверхности (до 30 %) и массы листьев (в 1,8-2,9 раза) в сравнении с контролем. Инфицирование A. alternata повышало активность гидролаз (протеиназ, амилаз) и снижало активность их ингибиторов, что свидетельствует об интенсивном развитии патогена в тканях листьев и уменьшении сопротивляемости растений к действию ферментов патогена. Обработка исследуемыми биопрепаратами снижала активность гидролаз и увеличивала активность их ингибиторов как в зараженных, так и в здоровых листьях, что указывает на индукцию у растений защитных реакций против А. alternatа. Интересно, что максимальную активацию защитных белков вызывало применение штамма B. subtilis 10-4 и фитоспорина-М. О защитном действии биопрепаратов также свидетельствует снижение индуцированного возбудителем альтернариоза накопления пролина и сахара — маркеров формирования устойчивости растений в экстремальных ситуациях. В здоровых растениях под влиянием биопрепаратов также наблюдалось незначительное повышение количества пролина и сахара, что подтверждает важную роль этих компонентов в формировании индуцированной устойчивости к возбудителю альтернариоза. Интегральными показателями положительного эффекта фитоспорина-М, витаплана и штамма B. subtilis 10-4 на растения, а также снижения повреждающего действия A. alternata служат данные о формировании более крупных корнеплодов с повышенной сахаристостью по сравнению с контрольными необработанными растениями, причем максимальные значения этих показателей наблюдались при применении фитоспорина-М и штамма B. subtilis 10-4.
Ключевые слова: Bacillus subtilis, фотосинтетические пигменты, гидролазы, сахар, пролин, сахароза, Alternaria аlternata, устойчивость, продуктивность, Beta vulgaris L., сахарная свекла.
O.V. Lastochkina1, 2, L.I. Pusenkova1, R.A. Yuldashev1, 2, E.Yu. Ilyasova1, S. Aliniaeifard3
Phytopathogenic Alternaria fungi are economically important causative agents of sugar beet (Beta vulgaris L.) leaf diseases which significantly reduce root yield and quality. Promising agents for plant disease biocontrol are Bacillus subtilis based biologicals due to the ability to stimulate plant growth and immunity to many biotic stressors. Starting our experiments, we could not find publications on B. subtilis effects towards physiological parameters of sugar beet plants affected by Alternaria. This paper is the first to report that B. subtilis-based biologicals including novel Bashkirian isolate B. subtilis 10-4 prevent a decrease in leaf photosynthetic activity in sugar beet plants affected by A. alternata, activate hydrolytic enzyme inhibitors, suppress proline production, and increase sugar content in roots. Our objective was to estimate effects of Fitosporin-M, Vitaplan, and endophytic strain B. subtilis10-4 on leaf photosynthetic pigments (chlorophyll a, b and carotenoids), leaf area index, activity of hydrolases (proteases and amylases) and their inhibitors, as well as proline and sugar levels in leaves, root level of sucrose, and productivity in healthy plants as compared to those artificially infected with A. alternata. Our results show that Vitaplan, Fitosporin-M and strain B. subtilis 10-4 when used twice increase the concentrations of photosynthetic pigments (chlorophyll a, b and carotenoids) 1.2-1.9-fold in healthy plants whereas a decrease in photosynthetic activity in A. alternata-infected plants is 1.2-1.5 times lower, the leaf area is 30 % higher and leaf weight increases 1.8-2.9 times compared to the untreated plants. A. alternata infection increased the activity of hydrolases (proteinase, amylase) and suppressed their inhibitors, which indicates the intensive development of the pathogen and a decrease in plant resistance to enzymes produced by pathogen during plant tissue colonization. On contrary, biologicals suppress hydrolases and increase activity of their inhibitors both in infected and healthy leaves, which points out to the induction of protective reactions against A. alternata in plants. Interestingly, B. subtilis 10-4 and Fitosporin-M ensure the maximum activation of protective proteins. Furthermore, biologicals decrease stress-induced accumulation of proline and sugar, the markers of plant resistance to extremal factors in plants, which is in line with protective effect as well. Also, proline and sugar levels slightly elevated in healthy plants treated with the biologicals, which accentuate the role of these substances in induced resistance to A. alternata. Ultimately, larger roots with higher sucrose content confirm the positive effect of the used biologicals among which Fitosporin-M and strain B. subtilis 10-4 provide the maximum effect.
Keywords: Bacillus subtilis, photosynthetic pigments, hydrolases, sugar, proline, sucrose, Alternaria alternata, resistance, productivity, Beta vulgaris L., sugar beet.
1Башкирский НИИ сельского хозяйства — обособленное структурное подразделение ФГБНУ Уфимского ФИЦ РАН, |
Поступила в редакцию |
