doi: 10.15389/agrobiology.2019.5.1002rus
УДК 635.21:632.4:632.937
Работа выполнена в рамках КПНИ «Развитие селекции и семеноводства картофеля»: раздел 9 «Разработка эффективных технологий защиты картофеля».
МУЛЬТИБИОКОНВЕРСИОННЫЕ ТВЕРДОФАЗНЫЕ БИОПРЕПАРАТЫ
НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ НА ОСНОВЕ Bacillus subtilis И Trichoderma asperellumПОВЫШАЮТ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ЗАЩИТЫ КАРТОФЕЛЯ
ОТ ФИТОФТОРОЗА
Ю.А. ТИТОВА, И.И. НОВИКОВА, И.В. БОЙКОВА, В.А. ПАВЛЮШИН,
И.Л. КРАСНОБАЕВА
Против болезней картофеля в России в настоящее время используют 17 биопрепаратов на основе штаммов-продуцентов Bacillus subtilisи Trichoderma asperellum (= T. harzianum). В мире накопленбольшой опыт получения и применения традиционных сухих и жидких препаративных форм промышленных биопрепаратов. Однако недостаточны сведения об эффективности форм, разрабатываемых на основе мультибиоконверсии техногенных отходов, что актуально в связи с экологической значимостью этой проблемы и поиском ресурсов дешевого и доступного сырья. Настоящая работа представляет успешный опыт использования растительных отходов в качестве субстрата при выращивании съедобных грибов, а затем микробных штаммов и получения гранулированных антифунгальных биопрепаратов. Это актуальный подход к биотехнологиям более безопасного использования отходов и превращения их в полезные продукты. Цель исследования — получить экспериментальные образцы принципиально новых мультибиоконверсионных препаратов на основе микробов-антагонистов для защиты картофеля от болезней и оценить их эффективность. Технология включала мультибиоконверсию растительных отходов (смесь опилок с пшеничными отрубями) посредством выращивания последовательно Lentinula edodes (Berk.) Pegler (шиитаке) и Pleurotusostreatus (Jacq.: Fr.) P. KummerНК-35 (вешенка), а затем штаммов-продуцентов B. subtilis B-10 и T. asperellum Т-36. Оценка питательной ценности субстрата, полученного в результате разложения целлюлозы и лигнина из первичной смести отходов, выявила более высокое содержание белка (9,4±0,3 против 2,7±0,3 и 4,3±0,1 %) и азота (1,5±0,3 против 0,4±0,1 и 0,6±0,1 %), а также пониженное соотношение C:N (38,3 против 81,2 и 92,9) по сравнению с субстратом, обычно используемым для выращивания шиитаке, или с торфом как одним из субстратов для твердофазной ферментации. Жидкий инокулюм штаммов-продуцентов получали на стандартных питательных средах Чапека (ООО «Биокомпас-С», Россия) и кукурузно-мелассовой («Каргилл», ООО «Агроресурс», Россия).При твердофазной ферментации дважды (мульти-) биоконвертированный субстрат (последовательное выращивание шиитаке и вешенки) инокулировали B. subtilis B-10 (0,9×109сп/мл) и T. asperellum T-36 (2,8×1010 КОЕ/мл) и культивировали в течение 10 сут при 25-28 °С. Лабораторные образцы биопрепаратов тестировали в полевых условиях на картофеле сорта Елизавета (ПК «Шушары», Ленинградская обл., 2011 год). Применили взаимоортогональную организацию полевого опыта со сплошным размещением вариантов в 4-кратной повторности на площади 0,5 га; площадь учетной делянки — 10 м2, общий объем выборки — 482 растения. Препараты применяли 1-кратно: при посадке (12 мая 2011 года) клубни перемешивали в бункере картофелесажающего агрегата с твердофазными мультиковерсионными биопрепаратами при норме расхода в каждом варианте 1 кг на 1,5 т клубней (2 кг/га). Препараты сочетали с базовыми агротехническими и защитными мероприятиями, используемыми при выращивании сорта. Они включали послепосадочную обработку почвы гербицидом Sencor® (Зенкор Ультра, КС, 800 г/л; «BayerCropScience», Германия); послевсходовые 2-кратные (интервал 1 нед) внесения комплексного минерального препарата Terraflex® (Террафлекс 17/17/17, П, 2,8 и 1,6 кг/га; «Nu3 N.V.», Бельгия); послевсходовые 1-кратные внесения содержащего микро- и мезоэлементы комплекса Аквадон микро (2,0 л/га; «Оргполимерсинтез», Россия), микробиологического удобрения Экстрасола® (2 л/га; «Бисолби-Интер», Россия), стимулятора роста Циркон, Р (0,1 г/л; 10 г/га; АНО «НЭСТ М», Россия) и обработки гербицидами Лазурит Т, СП (700 г/кг; 0,5 л/га; АО «Август», Россия) и Titus™ (Титус, СТС, 250 г/кг; 20 г/га;«DuPont», США); также после смыкания рядков растения обрабатывали фунгицидами: Bravo® (Браво, КС, 500 г/л; 1,5 л/га; «SyngentaAG», Швейцария) и Ridomilgold® (Ридомил Голд, ВДГ, 640 + 40 г/кг;1,5 л/га; «SyngentaAG», Швейцария) — через 2 нед, Revus® (Ревус, КС, 250 г/л; 250 г/га; «SyngentaAG», Швейцария) — через 4 нед и Shirlan® (Ширлан, СК, 500 г/л; 0,4 л/га; «SyngentaAG», Швейцария) — через 6 нед. Последнюю подкормку Террафлекс финал (2,8 кг/га)в сочетании с обработкой Ширлан, СК (0,4 л/га) проводили за 2 нед до уборки урожая. Вариант без применения биопрепаратов служил контролем. Использовали стандартные методы учета урожайности, биометрических (рост, облиственность) и фитопатологических (распространенность и развитие болезней) показателей, статистической обработки результатов (расчеты средних и их стандартных ошибок, дисперсионный анализ ANOVA). Статистическую значимость различий оценивали по t-критерию Стьюдента для попарного сравнения вариантов. Биометрические учеты с фиксацией появления симптомов заболеваний проводили на 3-недельных проростках (1-2-й ярус листьев) и при смыкании рядков, два фитопатологических учета — в начале и в конце цветения; финальный учет выполняли при сборе урожая клубней. Результаты полевых испытаний свидетельствуют, что при дополнении стандартной агротехнологии обработкой полученными мультиконверсионными биопрепаратами в начале вегетации достоверно увеличивалась скорость роста и облиственности растений картофеля. Урожай здоровых клубней при применении биопрепаратов на основе штаммов B. subtilis B-10 и T. asperellum Т-36 был достоверно (р ≤ 0,10) выше контроля соответственно на 240 и 690 г/м2. Развитие фитофтороза также достоверно (р ≤ 0,01) снизилось (соответственно в 7,2 и 11,6 раза). По сравнению с контролем масса пораженных клубней, в том числе с признаками вторичной бактериальной инфекции, достоверно (р ≤ 0,01) уменьшилась почти в 2,0 раза (соответственно на 140 и 130 г/м2). Таким образом, мультибиоконверсия твердых растительных отходов перспективна при производстве гранулированных экологически безопасных биопрепаратов для защиты растений от болезней. В разработанной нами трехступенчатой технологии отходы бикультуры съедобных грибов на опилках, смешанных с пшеничными отрубями, обладают высокой питательной ценностью в качестве субстрата для твердофазного культивирования микроорганизмов.
Ключевые слова: биологическая эффективность биопрепаратов, биопрепараты для защиты картофеля от болезней, микробы-антагонисты, мультиконверсионные биопрепараты, Bacillus subtilis, Trichoderma asperellum.
J.A. Titova, I.I. Novikova, I.V. Boykova, V.A. Pavlyushin, I.L. Krasnobaeva
A total of 17 biologics based on the producer strains Bacillus subtilisand Trichoderma asperellum (= T. harzianum) are currently approved in Russia to protect potatoes from diseases. Great world experience has been gained in producing and use of traditional dry and liquid biologics. However, multirecycled industrial wastes as substrates for biologics are still not used anywhere in the world, and there is little information on effectiveness of formulations produced by industrial wastes’ multistage biorecycling. This paper reports a successful experience of the sequential use of plant wastes as substrates for mushrooms and then for microbial strains to produce granular antifungal biologics. This is a relevant approach to biotechnologies for safer utilization of wastes as resources of cheap and affordable raw materials and their transformation into useful products. Our objective was to develop brand new multirecycled biologics based on plant pathogen antagonists and to estimate their efficacy. Plant wastes were converted to substrates for B. subtilis B-10 and T. asperellum T-36 producer strains by shiitake Lentinula edodes (Berk.) Peglerand oyster mushroom Pleurotus ostreatus (Jacq.: Fr.) P. Kummer НК-35 serial cultivation. The nutritional value of the obtained double biorecycled substrate, due to decomposition of cellulose and lignin of sawdust and wheat bran mixture by shiitake and oyster mushroom, was higher as compared to that of the initial substrate used for shiitake growing or of peat, a common solid-phase fermentation substrate. In particular, the protein content was higher (9.4±0.3 % vs. 2.7±0.3 % and 4.3±0.1 %, respectively), the nitrogen level was higher (1.5±0.3 % vs. 0.4±0.1 % and 0.6±0.1 %), and the C:N ratio reduced (38.3 vs. 81.2 and 92.9). Liquid microbial inoculums were cultured in standard Czapek (Biocompas-СLtd., Russia) and corn-molasses (Carguil Ltd., Agroresource Ltd., Russia) nutrient media. Solid-phase fermentation of the double biorecycled lignin- and cellulose-containing substrate inoculated with 0.9×109 spores/ml B. subtilis B-10 and 2.8×1010 CFU/ml T. asperellum T-36 to produce the biologics took 10 days at 25-28 °C. The obtained biologics were tested on potato cv. Elizaveta in plot trials in the Leningrad Province (Producers’ Cooperative Shushary, 2011). A reciprocally orthogonal scheme was used, and the plotswere arranged in 4 replicates over 0.5 ha, with 10 m2 test plot sizeand 482 plants sampled in total. A single application was performed at planting on May 12, 2011. The tubers were mixed with the biologics in the bunker of the potato-planting unit at a rate of 1 kg per 1.5 tontubers (2 kg/ha). The basic potato growing technology included i) post-planting application of Sencor® herbicide (800 g/l, Bayer Crop Science, Germany); ii) post-germination double application (with one-week interval) of Terraflex® 17/17/17 inoculant (2.8 and 1.6 kg/ha, Nu3 N.V., Belgium); iii) post-germination single application of Aquadon micro inoculant (2.0 l/ha, Orgpolymersyntes, Russia), Extrasol® microbe fertilizer agent (2.0 l/ha, BisolbyInter Ltd., Russia), Zircon inoculant (10 g/ha, ANO Nest-M, Russia), herbicides Lazurite (0.5 l/ha, AO Avgust, Russia) and Titus™ (20 g/ha, DuPont, USA); and iv) treatments with fungicides after row closure as follows: Bravo® (1.5 l/ha, Syngenta AG, Switzerland) and Ridomil gold® (1.5 l/ha, Syngenta AG, Switzerland) in 2 weeks; Revus® (250 g/ha, Syngenta AG, Switzerland) in 4 weeks, and Shirlan® (0.4 l/ha, Syngenta AG, Switzerland) in 6 weeks.The final fertilization with Terraflex® (2.8 kg/ha) combined with Shirlan® treatment (0.4 l/ha) were carried out 2 weeks before harvesting. The basic agrotechnology without biologics served as the control. Standard biometric and phytopathological indicators were used. The disease signs and biometric parameters were assessed in 3-week seedlings (1-2 leaf layer phase) and at row closure. Then two disease surveys were performed at the beginning and at the end of blooming, and final indicators for tubers were estimated at harvesting. Data processing by ANOVA and Student’s t-test for pairwise comparison revealed that the biologics caused a significant increase in plant growth rate and the leaf area growth at the beginning of vegetation. The healthy tuber yield was 240 and 690 g/m2 higher for B. subtilis B-10 and T. asperellum T-36 biologics, respectively, as compared to the control (р ≤ 0.10). Due to the biologics, the late blight intensity was 7.2 times lower and 11.6 times lower, respectively (р ≤ 0.01). The number of affected tubers, including those with signs of secondary bacterial infection, decreased almost 2 times, by 140 and 130 g/m2, respectively (р ≤ 0,01). Thus, solid plant waste multirecycling is a prospective way to produce granular environmentally safe biologics for plant protection against diseases. In the developed three-step technology, the wastes from edible mushroom double cultivation on sawdust mixed with wheat bran possess high nutritional value as a substrate for solid microbial cultures.
Keywords: multirecycled biologics, efficacy, potato, diseases, protection, microbial antagonists, multirecycling, Bacillus subtilis, Trichoderma asperellum.
ФГБНУ Всероссийский НИИ защиты растений, |
Поступила в редакцию |
