RU2795906C1 - Consortium of psychrotolerant bacterial strains for biological protection and stimulation of growth of agricultural plants - Google Patents
Consortium of psychrotolerant bacterial strains for biological protection and stimulation of growth of agricultural plants Download PDFInfo
- Publication number
- RU2795906C1 RU2795906C1 RU2022113342A RU2022113342A RU2795906C1 RU 2795906 C1 RU2795906 C1 RU 2795906C1 RU 2022113342 A RU2022113342 A RU 2022113342A RU 2022113342 A RU2022113342 A RU 2022113342A RU 2795906 C1 RU2795906 C1 RU 2795906C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bacillus
- growth
- consortium
- strains
- bacterial strains
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к сельскохозяйственной микробиологии и биотехнологии, касается биологических средств для стимулирования роста и повышения урожайности растений и представляет собой консорциум штаммов Bacillus simplex 948 Р-1TS и Bacillus megaterium 312 TS.SUBSTANCE: invention relates to agricultural microbiology and biotechnology, concerns biological agents for stimulating growth and increasing plant productivity, and represents a consortium of Bacillus simplex 948 P-1TS and Bacillus megaterium 312 TS strains.
Основу изобретения составляют психротолерантные штаммы бактерий Bacillus simplex 948 Р-1TS и Bacillus megaterium 312 TS, депонированные во Всероссийскую Коллекцию Промышленных Микроорганизмов (ВКПМ) ФГУП ГосНИИгенетика под регистрационными номерами B-12245 и И-12244 соответственно. The basis of the invention is psychrotolerant strains of bacteria Bacillus simplex 948 P-1TS and Bacillus megaterium 312 TS, deposited in the All-Russian Collection of Industrial Microorganisms (VKPM) of the Federal State Unitary Enterprise GosNIIgenetika under registration numbers B-12245 and I-12244, respectively.
Важное значение для экологизации сельского хозяйства имеет биологическое земледелие. Одним из элементов биологического земледелия является применение микробных препаратов, созданных на основе микроорганизмов безопасных для человека, не загрязняющих окружающую среду, оздоравливающих почву и восстанавливающих ее плодородие, а также оказание полезного последействие для последующих в севообороте культур.Biological farming is of great importance for the greening of agriculture. One of the elements of biological farming is the use of microbial preparations created on the basis of microorganisms that are safe for humans, do not pollute the environment, heal the soil and restore its fertility, as well as providing a beneficial aftereffect for subsequent crops in the crop rotation.
Известно и запатентовано множество различных штаммов микроорганизмов, предложенных для использования в производстве биопрепаратов в качестве основных действующих агентов биопестицидов и/или биоудобрений и биостимуляторов. Значительная часть таких микроорганизмов является представителями родов Bacillus и Pseudomonas. Кроме того, часть полезных бактерий, что доказано на примере бактерий рода Bacillus, закрепляются и зимуют в ризосфере растения, создавая положительный эффект последействия, проявляющийся в санации почвы и пожнивных остатков в отношении патогенных грибов и бактерий, а также обогащении микробиоценоза пашни полезной микрофлорой. Все иные препараты, как химической, так и биологической природы, действуют контактно. Иначе говоря, их эффективность зависит от химической формулы, времени и площади контакта со способными к взаимодействию, либо больными тканями растения, точности подбора концентрации действующих веществ.Known and patented are many different strains of microorganisms proposed for use in the production of biological products as the main active agents of biopesticides and/or biofertilizers and biostimulants. A significant part of these microorganisms are representatives of the genera Bacillus and Pseudomonas. In addition, some of the beneficial bacteria, as proved by the example of bacteria of the genus Bacillus, are fixed and winter in the rhizosphere of the plant, creating a positive aftereffect, manifested in the sanitation of the soil and crop residues against pathogenic fungi and bacteria, as well as enriching the arable microbiocenosis with beneficial microflora. All other drugs, both chemical and biological nature, act in contact. In other words, their effectiveness depends on the chemical formula, time and area of contact with interacting or diseased plant tissues, and the accuracy of selecting the concentration of active substances.
С технологической точки зрения именно бактерии р. Bacillus являются перспективными для создания на их основе микробиологических препаратов, благодаря их спорообразующей способности, устойчивости к высушиванию (осмотолерантность), что позволяет получать стабильные продукты.From a technological point of view, it is the bacteria r. Bacillus are promising for the creation of microbiological preparations based on them, due to their spore-forming ability, resistance to drying (osmotolerance), which makes it possible to obtain stable products.
Известны штаммы Bacillus subtilis ВНИИСХМ 128 [Авторское свидетельство №1717156, опубл. 07.03.1992] и биопрепарат Фитоспорин, созданный на основе этого штамма [Патент РФ №2099947, заявл. 15.11.1996, опубл. 27.12.1997], В. subtilis №10, являющийся основой биопрепарата Алирин Б [Патент РФ №2081167, заявл. 08.04.1994, опубл. 10.06.1997], В. subtilis В-40 [Патент РФ №2094990, заявл. 08.07.1993, опубл. 10.11.1997], В. subtilis 11 В (ВКМ В-2218Д) [Патент РФ №2182172, заявл. 05.04.2001, опубл. 10.05.2002], Bacillus pumilus BKM CR-333Д [Патент РФ №1817875, опубл. 20.05.1995], В. pumilus А1.5 [Патент РФ №2551968, заявл. 01.08.2013, опубл. 10.06.2015], Brevibacillus laterosporus ВКПМ В-7767 [Патент РФ №2242125, заявл. 12.03.2003, опубл. 20.12.2004], Bacillus atrophaeus ВКПМ-11474 [Патент РФ №2570624, заявл. 06.03.2014, опубл. 10.12.2015].Known strains of Bacillus subtilis ARRIAM 128 [Author's certificate No. 1717156, publ. 03/07/1992] and the biological product Fitosporin, created on the basis of this strain [RF Patent No. 2099947, Appl. 11/15/1996, publ. 12/27/1997], B. subtilis No. 10, which is the basis of the Alirin B biological product [RF Patent No. 2081167, Appl. 04/08/1994, publ. 06/10/1997], B. subtilis B-40 [RF Patent No. 2094990, Appl. 07/08/1993, publ. 11/10/1997], B. subtilis 11 V (VKM V-2218D) [RF Patent No. 2182172, Appl. 04/05/2001, publ. 05/10/2002], Bacillus pumilus BKM CR-333D [RF Patent No. 1817875, publ. 05/20/1995], B. pumilus A1.5 [RF Patent No. 2551968, Appl. 08/01/2013, publ. 06/10/2015], Brevibacillus laterosporus VKPM B-7767 [RF Patent No. 2242125, Appl. 03/12/2003, publ. December 20, 2004], Bacillus atrophaeus VKPM-11474 [RF Patent No. 2570624, Appl. 03/06/2014, publ. 12/10/2015].
Недостатком всех вышеперечисленных штаммов является недостаточная биологическая активность, проявляющаяся в антагонизме к фитопатогенным и не только микроорганизмам и защите растений от некоторых заболеваний, при этом их влияние на урожайность растений остается неизвестным.The disadvantage of all of the above strains is insufficient biological activity, manifested in antagonism to phytopathogenic and not only microorganisms and protection of plants from certain diseases, while their effect on plant yield remains unknown.
Известен штамм Bacillus subtilis M1 [Патент РФ №2307158, заявл. 31.08.2005, опубл. 27.09.2007]. Указанный микроорганизм повышает всхожесть семян яровой пшеницы, стимулирует рост проростков, повышает их массу, снижает пораженность проростков возбудителями корневых гнилей, но практически не способствует повышению урожайности.A known strain of Bacillus subtilis M1 [RF Patent No. 2307158, Appl. 08/31/2005, publ. September 27, 2007]. The specified microorganism increases the germination of spring wheat seeds, stimulates the growth of seedlings, increases their weight, reduces the infection of seedlings with root rot pathogens, but practically does not contribute to an increase in yield.
Используемые штаммы в составе биопрепаратов являются мезофильными и работают при температуре +10 град. Что делает их неэффективными при использовании в осенне-весенний период.The strains used in the composition of biological products are mesophilic and work at a temperature of +10 degrees. Which makes them ineffective when used in the autumn-spring period.
Известен препарат для защиты растений от болезней на основе штамма Bacillus subtilis ИПМ-215 [Патент РФ №2019966, МПК A01N 63/00, заявл. 24.07.1991, опубл. 1994]. Недостатками данного препарата являются ограниченная область применения, отсутствие в доступных источниках информации данных об оздоравливающем эффекте на растения при бактериальном поражении, эффективном защитном действии против болезней в условиях открытого грунта и способности к азотфиксации и фосфатмобилизации. Кроме того, состав препарата многокомпонентен, технология получения препарата многостадийна и сложна.Known drug for protecting plants from diseases based on the strain of Bacillus subtilis IPM-215 [RF Patent No. 2019966, IPC A01N 63/00, Appl. 07/24/1991, publ. 1994]. The disadvantages of this drug are the limited scope, the lack of available sources of information on the healing effect on plants with bacterial damage, the effective protective effect against diseases in open ground conditions and the ability to nitrogen fixation and phosphate mobilization. In addition, the composition of the drug is multicomponent, the technology for obtaining the drug is multi-stage and complex.
Известен биопрепарат для осенней, весенней и летней обработок почвы, корневой и прикорневой подкормок в период вегетации растений, а также предпосевной обработки семян, представляющий собой смесь суспензий тринадцати различных штаммов: Agrobacterium tumefaciens B-4116, Agrobacterium radiobacter B-956, Azotobacter chroococcum B-2375, Bacillus thuringiensis B-2918, Bacillus subtilis B-6554, Bacillus subtilis B-4419, Bacillus megaterium B-4440, Bacillus megaterium B-200, Bradyrhizobium japonicum B-1978, Erwinia ananas B-5292, Lactobacillus casei B-3961, Pseudomonas fluorescens B-l138, Rhodopseudomonas palustris B-1620. [Патент РФ №2322061, МПК A01N 63/00, C12N 1/20, заявл. 19.04.2006, опубл. 2008].A biological product is known for autumn, spring and summer tillage, root and root dressing during the growing season of plants, as well as pre-sowing seed treatment, which is a mixture of suspensions of thirteen different strains: Agrobacterium tumefaciens B-4116, Agrobacterium radiobacter B-956, Azotobacter chroococcum B- 2375, Bacillus thuringiensis B-2918, Bacillus subtilis B-6554, Bacillus subtilis B-4419, Bacillus megaterium B-4440, Bacillus megaterium B-200, Bradyrhizobium japonicum B-1978, Erwinia ananas B-5292, Lactobacillus casei B-3961, Pseudomonas fluorescens B-l138, Rhodopseudomonas palustris B-1620. [RF Patent No. 2322061, IPC A01N 63/00,
Существенным недостатком препаратов на основе нескольких штаммов бактерий различной таксономической принадлежности является многокомпонентность видового и родового состава микроорганизмов с различными питательными потребностями, требующих как отдельных условий культивирования, так и различных условий среды для максимального проявления свойств.A significant disadvantage of preparations based on several bacterial strains of different taxonomic affiliation is the multicomponent species and generic composition of microorganisms with different nutritional needs, requiring both separate cultivation conditions and various environmental conditions for maximum manifestation of properties.
Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение является создание эффективного микробного консорциума, способствующего биологической защите, а также стимулирующего рост и повышение урожайности сельскохозяйственных растений.The technical problem to be solved by the claimed invention is the creation of an effective microbial consortium that promotes biological protection, as well as stimulating the growth and increasing the yield of agricultural plants.
Технический результат достигается за счет использования консорциума бактериальных штаммов, включающего штаммы бактерий Bacillus simplex 948 Р-1TS ВКПМ В-12245 и Bacillus megaterium 312 TS ВКПМ B-12244. Предусмотрено что штаммы бактерий взяты в соотношении 1:1 и имеющий общий титр клеток не менее 108 КОЕ/мл.The technical result is achieved through the use of a consortium of bacterial strains, including strains of bacteria Bacillus simplex 948 R-1TS VKPM B-12245 and Bacillus megaterium 312 TS VKPM B-12244. It is provided that bacterial strains are taken in a ratio of 1:1 and have a total cell titer of at least 10 8 CFU/ml.
Штаммы выделены из многолетнемерзлых пород в окрестностях г. Тарко-Сале, ЯНАО. Видовая принадлежность культуры определена на основании результатов секвенирования гена 16S рРНК в ФГУП ГосНИИГенетика посредством повторного секвенирования и идентификации с помощью видоспецифичных праймеров.The strains were isolated from permafrost in the vicinity of Tarko-Sale, YNAO. The species affiliation of the culture was determined based on the results of sequencing of the 16S rRNA gene at the Federal State Unitary Enterprise GosNIIGenetika through repeated sequencing and identification using species-specific primers.
Свойства штаммов-продуцентов.Properties of strains-producers.
Заявленный штамм Bacillus simplex 948 Р-1TS депонирован во Всероссийскую Коллекцию Промышленных Микроорганизмов (ВКПМ) ФГУП ГосНИИгенетика под регистрационным номером ВКПМ В-12245, имеет следующие характеристики. Клетки суточной культуры образуют эндоспоры. Оптимальные условия роста 20-25°С. На плотных питательных средах образуют колонии диаметром 3-4 мм, круглые, блестящие, с ровным краем, слегка выпуклые, полупрозрачные.The claimed strain of Bacillus simplex 948 P-1TS deposited in the All-Russian Collection of Industrial Microorganisms (VKPM) Federal State Unitary Enterprise GosNIIgenetika under registration number VKPM B-12245, has the following characteristics. Daily culture cells form endospores. Optimal growth conditions are 20-25°C. On dense nutrient media they form colonies 3-4 mm in diameter, round, shiny, with a smooth edge, slightly convex, translucent.
Bacillus megaterium 312 TS депонирован во Всероссийскую Коллекцию Промышленных Микроорганизмов (ВКПМ) ФГУП ГосНИИгенетика под регистрационным номером ВКПМ B-12244 - клетки грамположительные, подвижные, спорообразующие палочки, одиночные или соединены в длинные цепочки; колонии округлые, гладкие, белые, выпуклые, жирно-блестящие, край волнисто-бахромчатый, оптимальная температура роста 20-25℃.Bacillus megaterium 312 TS was deposited in the All-Russian Collection of Industrial Microorganisms (VKPM) of the Federal State Unitary Enterprise GosNIIgenetika under the registration number VKPM B-12244 - cells are gram-positive, motile, spore-forming rods, single or connected in long chains; colonies are rounded, smooth, white, convex, oily shiny, wavy-fringed edge, optimum growth temperature is 20-25℃.
Для культивирования используют среду LB (Luria-Bertani). Культуру поддерживают пересевом на плотных средах, хранят в растворе глицерина при -70°С или в лиофильно-высушенном состоянии.For cultivation, LB medium (Luria-Bertani) is used. The culture is maintained by reseeding on solid media, stored in a glycerol solution at -70°C or in a freeze-dried state.
Биохимические признаки.biochemical signs.
Bacillus simplex 948 Р-1TS ферментирует L- лизин, мочевину, 5-бром-3-индоксилнонаноат.Bacillus simplex 948 P-1TS ferments L-lysine, urea, 5-bromo-3-indoxylnonanoate.
Bacillus megaterium 312 TS ферментирует L-орнитин, L-аргинин, L-лизин, утилизирует галактурованую кислоту, калия 5-кетоглюконат, D-мальтозу, адонитол, палатинозу, D-глюкозу, L-арабинозу, D-арабит, L-рамнозу, инозит, D-целлобиозу.Bacillus megaterium 312 TS ferments L-ornithine, L-arginine, L-lysine, utilizes galacturic acid, potassium 5-ketogluconate, D-maltose, adonitol, palatinose, D-glucose, L-arabinose, D-arabitol, L-rhamnose, inositol, D-cellobiose.
Для получения консорциума монокультуры выращивали отдельно в течение суток, затем готовили суспензии монокультур с концентрацией клеток не меньше 104 КОЕ/мл и смешивали их в равных соотношениях (1:1), затем выращивали методом глубинного культивирования при температуре 28°С, в течение 12-16 часов, при 200 об/мин. Контроль за ростом культуры проводили путем отбора проб через каждые 2 часа и определяли концентрацию микробных клеток на спектрофотометре Thermo при длине волны 540 нм. Полученная культуральная жидкость содержит не менее 108 КОЕ/мл (60-100% спор) и вторичные метаболиты (антибиотические вещества, протеолитические ферменты, гормоны и пр.) за счет чего усиливается специфическая активность жидкого препарата на основе консорциума микроорганизмов.To obtain a consortium, monocultures were grown separately during the day, then suspensions of monocultures were prepared with a cell concentration of at least 104 CFU/ml and mixed in equal ratios (1:1), then they were grown by submerged cultivation at a temperature of 28°C for 12 -16 hours, at 200 rpm. Culture growth was monitored by sampling every 2 hours and the concentration of microbial cells was determined on a Thermo spectrophotometer at a wavelength of 540 nm. The resulting culture fluid contains at least 10 8 CFU/ml (60-100% spores) and secondary metabolites (antibiotic substances, proteolytic enzymes, hormones, etc.), due to which the specific activity of the liquid preparation based on a consortium of microorganisms is enhanced.
Заявленный консорциум обладает ауксинпродуцирующей, хитиназной активностью, ростом при низких положительных температурах.The claimed consortium has auxin-producing, chitinase activity, growth at low positive temperatures.
Фосфор является одним из важнейших минеральных элементов в жизни растений, которые способны его поглощать только в форме неорганических фосфат-анионов, преимущественно в виде H2PO4-. Несмотря на высокое содержание общего фосфора в почве, его биодоступность, как правило, является лимитирующим фактором для роста, развития и продуктивности растений. Одними из наиболее активных мобилизаторов фосфатов считаются представители родов Bacillus. Phosphorus is one of the most important mineral elements in the life of plants, which are able to absorb it only in the form of inorganic phosphate anions, mainly in the form of H 2 PO 4- . Despite the high content of total phosphorus in the soil, its bioavailability, as a rule, is a limiting factor for plant growth, development and productivity. Representatives of the genera Bacillus are considered to be one of the most active phosphate mobilizers.
Активность мобилизации штаммами Bacillus simplex 948 Р-1TS и Bacillus megaterium 312 TS минеральных труднорастворимых фосфатов в жидкой среде NBRIP исследована в условиях стерильных опытов. Источником фосфора служил Ca3(PO4)2 который вносили в среду из расчета 5г/л. Исследования проводились в трехкратной повторяемости. Посевной материал готовили, выращивая бактерии в течение 24 часов в пробирках на агаризованной LB среде. Готовили водную суспензию бактерий и вносили в колбы с жидкой NBRIP средой. Бактерии Bacillus simplex 948 Р-1TS и Bacillus megaterium 312 TS культивировали в течение 10 суток при 15°С в периодических условиях на качалках (190 об/мин). После окончания культивирования опытные образцы центрифугировали в течение 10 минут при 6000 об/мин. Концентрацию растворимого фосфора (РО4)-3 в фугате культуральной жидкости определяли калориметрически с использованием молибденово-кислого аммония. Содержание водорастворимого фосфора, накапливаемого штаммом Bacillus simplex 948 Р-1TS и Bacillus megaterium 312 TS, оценивали по калибровочной кривой, по разнице его концентрации в опытном (инокулированном) и контрольном (стерильном) вариантах. Результаты исследований свидетельствуют о том, Bacillus simplex 948 Р-1TS и Bacillus megaterium 312 TS активно мобилизует фосфаты из труднорастворимых неорганических (Са3(PO4)2) соединений. Выявлено, что в опытных образцах содержание растворимого фосфора колебалось в пределах мг/л, а в контроле - мг/л (таблица 1). The mobilization activity of the Bacillus simplex 948 P-1TS and Bacillus megaterium 312 TS strains of sparingly soluble mineral phosphates in the NBRIP liquid medium was studied under sterile experimental conditions. The source of phosphorus was Ca 3 (PO 4 )2, which was added to the medium at the rate of 5 g/L. The studies were carried out in triplicate. The inoculum was prepared by growing bacteria for 24 hours in test tubes on LB agar medium. An aqueous suspension of bacteria was prepared and added to flasks with liquid NBRIP medium. The bacteria Bacillus simplex 948 P-1TS and Bacillus megaterium 312 TS were cultivated for 10 days at 15°C under periodic conditions on shakers (190 rpm). After the end of cultivation, the test samples were centrifuged for 10 minutes at 6000 rpm. The concentration of soluble phosphorus (PO 4 )-3 in the centrate culture fluid was determined calorimetrically using ammonium molybdate. The content of water-soluble phosphorus accumulated by the Bacillus simplex 948 P-1TS and Bacillus megaterium 312 TS strains was estimated from the calibration curve, from the difference in its concentration in the experimental (inoculated) and control (sterile) variants. The research results indicate that Bacillus simplex 948 P-1TS and Bacillus megaterium 312 TS actively mobilize phosphates from sparingly soluble inorganic (Ca 3 (PO 4 ) 2 ) compounds. It was found that in the test samples the content of soluble phosphorus varied within mg/l, and in the control - mg/l (table 1).
На следующем этапе исследований проведена оценка способности штаммов Bacillus simplex 948P-1 TS и Bacillus megaterium 312 TS продуцировать фитогормоны ауксин и гиббереллин.At the next stage of the research, the ability of Bacillus simplex 948P-1 TS and Bacillus megaterium 312 TS strains to produce the phytohormones auxin and gibberellin was evaluated.
Фитогормоны способствуют пробуждению и быстрому прорастанию семян, стимулируют рост верхушечной почки и тормозят развитие пазушных побегов. При высоких концентрациях ауксины повышают выработку фитогормона этилена, который тормозит процессы роста, но при этом переключает обмен веществ на выработку ферментов, которые активизируют защитные функции растительного организма и повышают его устойчивость к фитопатогенам. Гиббереллины активно влияют на цветение растений, образование и развитие завязей. Высокая концентрация этих фитогормонов придает растениям партенокарпические свойства (способность к самоопылению). Даже такой ярко-выраженный ингибитор роста растений, как абсцизовая кислота, играет положительную роль в онтогенезе озимых культур, вызывая своевременный переход растений в состояние покоя, постепенно останавливая все процессы роста, тем самым повышая устойчивость озимых к низким температурам морозных и малоснежных зим. Данные микроорганизмы Bacillus simplex 948P-1 TS и Bacillus megaterium 312 TS, потребляя растительные корневые экссудаты, в ответ выделяют гормоны роста, которые стимулируют корнеобразование и ростовые процессы растений.Phytohormones contribute to the awakening and rapid germination of seeds, stimulate the growth of the apical bud and inhibit the development of axillary shoots. At high concentrations, auxins increase the production of the phytohormone ethylene, which inhibits growth processes, but at the same time switches the metabolism to the production of enzymes that activate the protective functions of the plant organism and increase its resistance to phytopathogens. Gibberellins actively influence the flowering of plants, the formation and development of ovaries. A high concentration of these phytohormones gives plants parthenocarpic properties (the ability to self-pollinate). Even such a pronounced plant growth inhibitor as abscisic acid plays a positive role in the ontogeny of winter crops, causing the timely transition of plants to a dormant state, gradually stopping all growth processes, thereby increasing the resistance of winter crops to low temperatures, frosty and little snowy winters. These microorganisms Bacillus simplex 948P-1 TS and Bacillus megaterium 312 TS, consuming plant root exudates, release growth hormones in response, which stimulate root formation and plant growth processes.
Количественное определение фитогормонов было определено с помощью спектрофатометра. Штаммы культивировали в среде LB с добавлением L-триптофана (Sigma-Aldrich, Сент-Луис, Миссури, США) в концентрации 1 г/л в качестве предшественника индол-3-уксусной кислоты (ИУК) (Индолил-3-уксусная кислота - химическая формула ауксина). Культивирование проводили в периодическом режиме при перемешивании со скоростью 140 об/мин при температуре 5 и 22 °С. Содержание ИУК в культуральной суспензии определяли с помощью реактива Сальковского. Все исследования были выполнены в трех повторениях. Результаты представлены в таб. 2 и таб. 3.Quantification of phytohormones was determined using a spectrophotometer. The strains were cultured in LB medium supplemented with L-tryptophan (Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) at a concentration of 1 g/l as a precursor of indole-3-acetic acid (IAA) (Indolyl-3-acetic acid - chemical auxin formula). Cultivation was carried out in a periodic mode with stirring at a speed of 140 rpm at a temperature of 5 and 22 °C. The content of IAA in the culture suspension was determined using Salkovsky's reagent. All studies were performed in triplicate. The results are presented in table. 2 and tab. 3.
Антифунгальную активность заявляемого консорциума штаммов проверяли в отношении 4 фитопатогенных грибов: Alternaria sp., Fusarium avenaceum (Fr.) Sacc., Fusarium graminearum (Schwabe), Microdochium nivale (Fr) Samuels и IC Hallet.The antifungal activity of the claimed consortium of strains was tested against 4 phytopathogenic fungi: Alternaria sp., Fusarium avenaceum (Fr.) Sacc., Fusarium graminearum (Schwabe), Microdochium nivale (Fr) Samuels and IC Hallet.
Бактерии высевали бактериологической петлей сплошным газоном на поверхность питательного агара и культивировали 24 часа при 28°C. В день проведения эксперимента на антифунгальную активность высевали сплошным газоном на картофельно-глюкозный агар штаммы фитопатогенных грибов. Затем, пробочным сверлом вырезали лунки и вносили по 100 мкл бактериальной суспензии - штаммы бактерий Bacillus simplex 948 Р-1TS ВКПМ В-12245 и Bacillus megaterium 312 TS ВКПМ B-12244 взятых в соотношении 1:1 и имеющий общий титр клеток не менее 108 КОЕ/мл. Одна чашка была оставлена с пустыми лунками как контрольный вариант. Все чашки культивировали в течение 72 ч при температуре 28°C. Антифунгальную активность определяли по зоне ингибирования роста фитопатогенного гриба вокруг лунок. Результаты измерений представлены таблице 4.Bacteria were sown with a bacteriological loop in a continuous lawn on the surface of nutrient agar and cultivated for 24 hours at 28°C. On the day of the experiment, strains of phytopathogenic fungi were sown in a continuous lawn on potato-glucose agar for antifungal activity. Then, holes were cut out with a cork drill and 100 μl of bacterial suspension was added - bacterial strains Bacillus simplex 948 P-1TS VKPM B-12245 and Bacillus megaterium 312 TS VKPM B-12244 taken in a ratio of 1: 1 and having a total cell titer of at least 108 CFU /ml One plate was left with empty wells as a control. All cups were cultured for 72 h at 28°C. Antifungal activity was determined by the zone of inhibition of the growth of a phytopathogenic fungus around the wells. The measurement results are presented in Table 4.
Синтез антифунгальных веществ (антибиотиков, гидролитических ферментов, токсинов) - один из наиболее распространенных эффектов микробного антагонизма.The synthesis of antifungal substances (antibiotics, hydrolytic enzymes, toxins) is one of the most common effects of microbial antagonism.
Определение ферментативной активности штаммов Bacillus simplex 948P-1 TS и Bacillus megaterium 312 TS «бактерии-антагониста» осуществляли с использованием стандартных тестов на липазу, хитиназу и протеазу (табл.5).Determination of the enzymatic activity of strains of Bacillus simplex 948P-1 TS and Bacillus megaterium 312 TS "antagonist bacteria" was carried out using standard tests for lipase, chitinase and protease (table 5).
(ед./(мл 30 мин))protease
(u/(
Мкг/млchitinase
mcg/ml
0,36±0,042.63±0.28
0.36±0.04
0,09±0,010.20±0.02
0.09±0.01
150,18114.27
150.18
1,33±0,121.46±0.13
1.33±0.12
1,18±0,020.01± 0.13
1.18±0.02
76,5597.76
76.55
Изобретение иллюстрируется следующими примерами.The invention is illustrated by the following examples.
Пример 1. Для оценки ростостимулирующей активности суспензии консорциума Bacillus simplex 948 Р-1TS ВКПМ В-12245 и Bacillus megaterium 312 TS ВКПМ B-12244, взятых в соотношении 1:1 и имеющих общий титр клеток не менее 108 КОЕ/мл. на рост и развитие семян пшеницы (Triticum aestivum L.) были проведены лабораторные эксперименты, для сравнения сравнения брали коммерческий препарат Раксил Ультра (Bayer, Germany) и биопестицид - Фитоспорин-М Универсальный (НВП БашИнком, Россия). Эксперимент проводили как с монокультурами микроорганизмов, так и с консорциумом.Example 1. To assess the growth-stimulating activity of a suspension of the consortium Bacillus simplex 948 P-1TS VKPM B-12245 and Bacillus megaterium 312 TS VKPM B-12244, taken in a 1:1 ratio and having a total cell titer of at least 108 CFU/ml. on the growth and development of seeds of wheat (Triticum aestivum L.), laboratory experiments were carried out, for comparison, the commercial drug Raxil Ultra (Bayer, Germany) and the biopesticide Fitosporin-M Universal (NVP BashIncom, Russia) were taken. The experiment was carried out both with monocultures of microorganisms and with a consortium.
Перед посевом поверхность семян стерилизовали, затем инокулировали суспензиями в течение 2 часов и сушили на воздухе. Семена проращивали в рулонах фильтровальной бумаги при температуре 22 ° C. Контрольные семена, засеянные стерильной водой, служили отрицательным контролем. Коммерчески доступные препараты служили положительным контролем. Обрабатывали семена согласно инструкции производителя.Before sowing, the surface of the seeds was sterilized, then inoculated with suspensions for 2 hours and dried in air. Seeds were germinated in filter paper rolls at 22°C. Control seeds inoculated with sterile water served as negative controls. Commercially available preparations served as positive controls. The seeds were treated according to the manufacturer's instructions.
Длину (а) и биомассу (б) проростков пшеницы оценивали измерениями на 14-й день обработки. Обработки, не связанные одной и той же буквой в каждом столбце, значительно отличаются друг от друга (p < 0,05; означает ± стандартное отклонение).Length (a) and biomass (b) of wheat seedlings were measured by measurements on the 14th day of treatment. Treatments not related by the same letter in each column are significantly different from each other (p < 0.05; means ± standard deviation).
Результаты лабораторных экспериментов показали, что во всех опытных группах, за исключением Раксил-Ультра, обработка значительно увеличивала длину корня и побега по сравнению с контролем (рис.1). Таким образом, на длину побегов наиболее благоприятно повлияла обработка Bacillus simplex 948P-1 TS, в то время как обработка Раксил-Ультра снизила зарегистрированные значения более чем на 30%. Накопление корневой биомассы наиболее стимулировалось обработкой семян консорциумом Bacillus simplex 948P-1 TS и Bacillus megaterium 312 TS, в то время как биомасса побегов наиболее стимулировалась обработкой фитоспорином-M по сравнению с контрольной группой. (см. Рис.1. Влияние штаммов рода Bacillus spp. на морфометрические показатели проростков пшеницы (Triticum aestivum L.).The results of laboratory experiments showed that in all experimental groups, with the exception of Raxil-Ultra, the treatment significantly increased the length of the root and shoot compared to the control (Fig. 1). Thus, the shoot length was most favorably affected by the treatment with Bacillus simplex 948P-1 TS, while the treatment with Raxil-Ultra reduced the recorded values by more than 30%. Root biomass accumulation was most stimulated by seed treatment with Bacillus simplex 948P-1 TS and Bacillus megaterium 312 TS consortium, while shoot biomass was most stimulated by phytosporin-M treatment compared with the control group. (See Fig.1. Influence of strains of the genus Bacillus spp. on the morphometric parameters of wheat seedlings (Triticum aestivum L.).
В целом следует отметить, что обработка семян заявляемым консорциумом бактерий приводит к увеличению основных параметров роста растений.In general, it should be noted that the treatment of seeds with the claimed consortium of bacteria leads to an increase in the main parameters of plant growth.
Пример 2. Оценка урожайности пшеницы в полевых условиях.Example 2. Evaluation of wheat yield in the field.
Обработку семян осуществляли по той же схеме как и в Примере 1. Эксперимент проводили как с монокультурами микроорганизмов, так и с консорциумом. Для оценки биологической эффективности семена озимой пшеницы обрабатывали суспензией консорциума штаммов Bacillus simplex 948P-1 TS и Bacillus megaterium 312 TS, взятых в соотношении 1:1 и имеющий общий титр клеток не менее 108 КОЕ/мл. Семена пшеницы замачивали в бактериальной суспензии на 2 часа. Семена обрабатывали коммерческими препаратами Raxil Ultra (Bayer, Леверкузен, Северный Рейн-Вестфалия, Германия), представляющий собой фунгицид, содержащий тебуконазол и Фитоспорин-М (Российская Федерация), содержащий споры Bacillus subtilis 26D, согласно рекомендациям производителя. Контрольные семена замачивали в стерильной воде.Seed treatment was carried out according to the same scheme as in Example 1. The experiment was carried out both with monocultures of microorganisms and with a consortium. To assess the biological efficiency, winter wheat seeds were treated with a suspension of a consortium of Bacillus simplex 948P-1 TS and Bacillus megaterium 312 TS strains, taken in a 1:1 ratio and having a total cell titer of at least 10 8 CFU/ml. Wheat seeds were soaked in bacterial suspension for 2 hours. Seeds were treated with commercial preparations Raxil Ultra (Bayer, Leverkusen, North Rhine-Westphalia, Germany), which is a fungicide containing tebuconazole and Fitosporin-M (Russian Federation), containing Bacillus subtilis 26D spores, according to the manufacturer's recommendations. Control seeds were soaked in sterile water.
Посев проводили в третьей декаде августа. Полевой опыт закладывали на делянках с учетной площадью 1 м2, расстояние между рядами 20 см. Норма высева 400 семян на делянку. Количество рядов посева - 4. Глубина заделки - 5 см.Sowing was carried out in the third decade of August. The field experience was laid on plots with an accounting area of 1 m 2 , the distance between rows was 20 cm. The seeding rate was 400 seeds per plot. The number of sowing rows - 4. Seeding depth - 5 cm.
Озимую пшеницу убирали в фазе полной спелости. Эффекты различных обработок оценивали после сбора урожая. Учитывались такие характеристики, как масса 1000 зерен, высота растений, количество продуктивных стеблей, длина главного колоса, количество зерен в колосе, масса зерна в колосе. Результаты представлены в таблице 6. Полученные результаты были статистически обработаны с использованием программного обеспечения Origin 2021 (OriginLab Corporation, Нортгемптон, Массачусетс, США).Winter wheat was harvested in the phase of full ripeness. The effects of various treatments were evaluated after harvest. We took into account such characteristics as the weight of 1000 grains, plant height, the number of productive stems, the length of the main ear, the number of grains per ear, and the mass of grain per ear. The results are presented in Table 6. The results obtained were statistically processed using Origin 2021 software (OriginLab Corporation, Northampton, Massachusetts, USA).
Урожайность озимой пшеницы во многом определяется характером роста и развития растений в течение вегетационного периода. Значительный вклад в формирование урожая вносит стебель как фотосинтетически активный орган, а также орган временного запаса веществ.The yield of winter wheat is largely determined by the nature of plant growth and development during the growing season. A significant contribution to the formation of the crop is made by the stem as a photosynthetically active organ, as well as an organ of a temporary supply of substances.
Результаты исследования показали, что предпосевная обработка семян химическим фунгицидом Раксил Ультра, биопрепаратом Фитоспорин-М и консорциумом штаммов бактерий Bacillus simplex 948P-1 TS и Bacillus megaterium 312 TS по-разному влияла на урожайность озимой пшеницы.The results of the study showed that pre-sowing treatment of seeds with the chemical fungicide Raxil Ultra, the biological product Fitosporin-M and the consortium of bacterial strains Bacillus simplex 948P-1 TS and Bacillus megaterium 312 TS had a different effect on the yield of winter wheat.
Анализ урожайности зерна показал, что протравливание семян химическим фунгицидом «Раксил Ультра» существенно не повлияло на значения показателя (таблица 6). Интересно, что в группах «Фитоспорин-М», Bacillus simplex 948P-1 TS и Bacillus megaterium 312 TS урожай зерна был несколько ниже, чем в контроле. В свою очередь, прибавка урожая зафиксирована при обработке семян суспензией консорциума штаммов Bacillus simplex 948P-1 TS и Bacillus megaterium 312 TS, что позволило получить прибавку урожая 50,2 % по сравнению с контрольной группой ( таблица 6 ).An analysis of the grain yield showed that seed dressing with the chemical fungicide "Raxil Ultra" did not significantly affect the values of the indicator (table 6). Interestingly, in the Fitosporin-M, Bacillus simplex 948P-1 TS and Bacillus megaterium 312 TS groups, the grain yield was slightly lower than in the control. In turn, the yield increase was recorded when seeds were treated with a suspension of a consortium of Bacillus simplex 948P-1 TS and Bacillus megaterium 312 TS strains, which made it possible to obtain a yield increase of 50.2% compared to the control group (Table 6).
Звездочками показаны статистически значимые различия с контролем при p < 0,05 (n = 400).Asterisks indicate statistically significant differences from control at p < 0.05 (n = 400).
Пример 3. Влияние предобработки семян консорциумом бактерий Bacillus simplex 948P-1 TS и Bacillus megaterium 312 TS на митотический индекс.Example 3 Effect of seed pretreatment with a consortium of bacteria Bacillus simplex 948P-1 TS and Bacillus megaterium 312 TS on the mitotic index.
В данном эксперименте для оценки ростовых процессов на клеточном уровне применяли метод вычисления митотического индекса. Проводили оценку влияния консорциума бактерий Bacillus simplex 948P-1 TS и Bacillus megaterium 312 TS, взятых в соотношении 1:1 и имеющий общий титр клеток не менее 108 КОЕ/мл.In this experiment, the method of calculating the mitotic index was used to evaluate growth processes at the cellular level. The effect of a consortium of Bacillus simplex 948P-1 TS and Bacillus megaterium 312 TS bacteria, taken in a 1:1 ratio and having a total cell titer of at least 108 CFU/ml, was evaluated.
Исследуемые штаммы бактерий культивировали при 5°С и 25°С в среде LB. Семена ячменя (n = 30) замачивали в бактериальной взвеси на 2 ч, затем помещали в стерильные чашки Петри (по 10 семян на чашку) на поверхность влажной фильтровальной бумаги в шахматном порядке с зародышами в одном направлении. Чашки Петри выдерживали при 20 ± 2 °С в течение 3 дней. Контрольные семена замачивали в дистиллированной воде. Кончики корней были зафиксированы в Раствор Карнуа [(этанол (99%): ледяная уксусная кислота (3:1)] в течение 24 ч и окрашивали ацетокарминовым красителем. Клетки растения оценивали под микроскопом и подсчитывали митотический индекс, фазовые индексы (I) делящихся клеток.The studied bacterial strains were cultivated at 5°C and 25°C in LB medium. Barley seeds (n = 30) were soaked in a bacterial suspension for 2 h, then placed in sterile Petri dishes (10 seeds per dish) on the surface of wet filter paper in a checkerboard pattern with embryos in one direction. Petri dishes were kept at 20 ± 2°C for 3 days. Control seeds were soaked in distilled water. Root tips were fixed in Carnoy's solution [(ethanol (99%): glacial acetic acid (3:1)] for 24 h and stained with acetocarmine dye. Plant cells were examined under a microscope and the mitotic index, phase indices (I) of dividing cells were calculated. .
Митотический индекс (%), рассчитывали по формуле (1)Mitotic index (%), calculated by formula (1)
MI = (Количество делящихся клеток/Общее количество клеток) × 100 (1)MI = (Number of Dividing Cells/Total Cells) × 100 (1)
Влияние бактеризации семян на митотический индекс и частота митотических фаз приведены в таблице 7.The effect of seed bacterization on the mitotic index and the frequency of mitotic phases are shown in Table 7.
Примечание: N - общее число микроскопированных клеток; п - число исследованных фаз; MI ± m - митотический индекс. *различия с контролем достоверны при P<0,05Note: N is the total number of microscopic cells; n is the number of investigated phases; MI ± m - mitotic index. *differences with control are significant at P<0.05
Обработка семян овса консорциумом Bacillus simplex 948P-1 TS и Bacillus mega-terium 312 TS выращенными при +5°С привело к максимальному повышению интенсивности клеточных делений особенно у Bacillus simplex 948P-1 TS (25,93%). Интенсивность клеточных делений по сравнению с контролем возросла в среднем в 1,5 раза.Treatment of oat seeds with a consortium of Bacillus simplex 948P-1 TS and Bacillus mega-terium 312 TS grown at +5°C led to the maximum increase in the intensity of cell divisions, especially in Bacillus simplex 948P-1 TS (25.93%). The intensity of cell divisions compared with the control increased by an average of 1.5 times.
Таким образом, выявлено достоверно положительное влияние при обработке семян бактериальными штаммами выращенных при 5 и 22°С на митотическую активность клеток апикальной меристемы корней проростков овса, что в свою очередь подтверждает ростостимулирующее и защитное действия консорциума на растение.Thus, a significantly positive effect was found when seeds were treated with bacterial strains grown at 5 and 22°C on the mitotic activity of the cells of the apical meristem of the roots of oat seedlings, which in turn confirms the growth-stimulating and protective effects of the consortium on the plant.
Изобретение позволяет увеличить урожайность сельскохозяйственных культур, их адаптивные возможности за счет стимуляции роста растений, а также стрессоустойчивость к абиотическим факторам среды.EFFECT: invention allows to increase crop yields, their adaptive capabilities by stimulating plant growth, as well as stress resistance to abiotic environmental factors.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2795906C1 true RU2795906C1 (en) | 2023-05-15 |
Family
ID=
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2822893C1 (en) * | 2023-12-28 | 2024-07-15 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Казанский научный центр Российской академии наук" | Consortium of microorganisms for plant growth stimulation and protection against phytopathogenic fungi and method of increasing plant productivity |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4663162A (en) * | 1984-03-14 | 1987-05-05 | The Regents Of The University Of California | Method of using Bacillus polymyxa 9A to protect plants against verticillium wilt |
RU2307158C2 (en) * | 2005-08-31 | 2007-09-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Башкирский государственный аграрный университет" | Bacillus subtilus M1 STRAIN WITH FUNGICIDAL AND FUNGISTATIC ACTIVITY TO CULTURED PLANT DISEASE EXCITANTS |
RU2322061C2 (en) * | 2006-04-19 | 2008-04-20 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное объединение "Экобиотех+" | Biopreparation for enhancing productivity of agricultural crops and improving quality of production |
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4663162A (en) * | 1984-03-14 | 1987-05-05 | The Regents Of The University Of California | Method of using Bacillus polymyxa 9A to protect plants against verticillium wilt |
RU2307158C2 (en) * | 2005-08-31 | 2007-09-27 | Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Башкирский государственный аграрный университет" | Bacillus subtilus M1 STRAIN WITH FUNGICIDAL AND FUNGISTATIC ACTIVITY TO CULTURED PLANT DISEASE EXCITANTS |
RU2322061C2 (en) * | 2006-04-19 | 2008-04-20 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное объединение "Экобиотех+" | Biopreparation for enhancing productivity of agricultural crops and improving quality of production |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2822893C1 (en) * | 2023-12-28 | 2024-07-15 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Казанский научный центр Российской академии наук" | Consortium of microorganisms for plant growth stimulation and protection against phytopathogenic fungi and method of increasing plant productivity |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
AU2002227228B2 (en) | Bacterial inoculants for enhancing plant growth | |
RU2478290C2 (en) | Biological preparation for stimulation of growth and protection of plants from diseases, increase in productivity and soil fertility | |
TW201428097A (en) | Bacillus sp. strain with antifungal, antibacterial and growth promotion activity | |
CN113278540B (en) | Bacillus cereus strain YN917 and application thereof | |
AU2002227228A1 (en) | Bacterial inoculants for enhancing plant growth | |
JP2005500413A (en) | Microorganisms for treating soil and method for obtaining them | |
US20220159967A1 (en) | Means and Methods for Improving Plant Growth and Yield | |
CN115820461A (en) | A high-yield indole acetic acid strain JB0319 and its application | |
WO2019035067A1 (en) | Organic fungicide derived through microbial fermentation | |
RU2495119C1 (en) | STRAIN OF BACTERIA Bacillus subtilis 8A AS AGENT TO INCREASE PRODUCTIVITY OF PLANTS AND THEIR PROTECTION AGAINST PHYTOPATHOGENIC MICROORGANISMS | |
RU2529958C1 (en) | Strain of nitrogen-fixing bacteria pseudomonas sp for obtaining biological product against diseases of wheat caused by phytopathogenic fungi, and increase in productivity | |
RU2795906C1 (en) | Consortium of psychrotolerant bacterial strains for biological protection and stimulation of growth of agricultural plants | |
KR20220126022A (en) | Novel Bacillus tequilensis GYUN-300 strain and use thereof | |
KR20190012685A (en) | Microbial agents for promoting plant growth comprising Pseudomonas nitroreducens or culture thereof as active ingredient | |
RU2625977C1 (en) | Bacillus amyloliquefaciens ops-32 bacteria stain for the production of complete biopreparate for protection of agricultural plants from phytopathogenic mushrooms, stimulation of their growth and increase in yield | |
CN109414022B (en) | Compositions and methods for improving plant development | |
RU2800418C1 (en) | Paenibacillus xylanexedens w018 bacterial strain as an agent to improve phosphorus nutrition and increase the productivity of grain and vegetable crops | |
RU2551968C2 (en) | Bacillus pumilus A 1.5 BACTERIA STRAIN AS AGENT FOR INCREASING PLANT PRODUCTIVITY AND PLANT PROTECTION FROM DISEASES CAUSED BY PHYTOPATHOGENIC MICROORGANISMS | |
WO2021133218A1 (en) | Means for stimulating crop growth | |
CN111778197A (en) | Methylobacterium strain with high growth promoting efficiency and application thereof | |
US20190159465A1 (en) | Bacterial endophyte from maize and associated methods | |
RU2757123C1 (en) | Bacterial strain pantoea agglomerans f19 to increase the productivity of grain crops | |
RU2823059C1 (en) | Bacillus pumilus bis88 strain as universal agent for improving nutrition, accelerating growth and increasing productivity of agricultural grain, vegetable and industrial crops, as well as their protection against diseases and stress factors of chloride salinization | |
KR20200082070A (en) | Bacillus substilis strain and composition for promoting effect of plant growth and anti plant pathogen | |
CN112226387B (en) | White bacillus and application thereof in preventing and treating basal rot of corn stalk |