Исследование потенциала естественной микробиоты яровой мягкой пшеницы в повышении урожайности

Кемеровская область стремится к самообеспечению зерном. Сложные климатические условия, инактивируя природные стимуляторы роста, не позволяют реализовать генетический потенциал пшеницы. Цель исследований ‒ выделение естественных представителей микробиоты пшеницы, произрастающей в Кемеровской области, для создания микробного консорциума, обеспечивающего повышение продуктивности культуры. Изучали бактерии и микробные консорциумы, выделенные из ризосферы пшеницы и адаптированные к почвенно-климатическим особенностям региона. В рамках исследования выделено 8 изолятов и охарактеризованы их ростостимулирующие свойства. Изоляты RTa-1, RTa-2, RTa-4, RTa-5, RTa-6, RTa-7 солюбилизировали фосфор; RTa-2, RTa-3, RTa-4, RTa-5, RTa-6, RTa-7 – калий. Фиксацию атмосферного азота осуществляли изоляты RTa-1, RTa-2, RTa-4, RTa-6, RTa-7. Продуцирование индолил-3-уксусной кислоты изолятами составляло 5,46…10,20 мг/мл, гиббереллиновой кислоты – 106,8…376,4. Наиболее перспективные изоляты идентифицировали по культурально-морфологическим и биохимическим свойствам (штамм RTa-2 представлял Bacillus subtilis, RTa-6 – Pantoea ananatis). Штаммы оказались биосовместимыми, что позволило сконструировать консорциумы. Наибольший синергетический эффект отмечен в консорциуме с соотношением Bacillus subtilis и Pantoea ananatis 2:1. В этом варианте наблюдали синтез наибольшего количества фитогормонов (индолил-3-уксусная кислота – 12,30 мг/мл; гиббереллиновая кислота – 453,6 мкг/мл), а также проявление антагонистической активности в отношении Fusarium graminearum и Bipolaris sorokiniana. Протравливание семян и некорневая подкормка вегетирующих растений пшеницы растворами, содержащими сконструированный консорциум, по результатам предварительных полевых экспериментов обеспечивает улучшение ростовых показателей пшеницы, несмотря на неблагоприятные погодные условия.

1. Видякин А. В., Лебедь В. А. Статистический прогноз развития зернового производства в Кемеровской области // Аграрная наука. 2023. Т. 374. № 9. С. 196–200. doi: 10.32634/0869-8155-2023-374-9-196-200.

2. Genotypic and environmental effects on wheat technological and nutritional quality / E. Johansson, G. Branlard, M. Cuniberti, et al. // Igrejas G., Ikeda T., Guzman C. Wheat quality for improving processing and human health. Springer, 2020. P. 171–204. URL: https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-030-34163-3_8 (дата обращения: 17.11.2023).

3. Стратегия социально-экономического развития Кемеровской области – Кузбасса на период до 2035 года. Ке­мерово, 2020. 114 c. URL: https://www.economy.gov.ru/material/file/c461e87bcae53d7d6f06e406c0f24063/kem_obl.pdf (дата обращения: 10.11.2023).

4. Плотников С. Е., Латкова Е. В. Перспективы повышения эффективности возделывания яровой пшеницы (на примере Кузбасса) // Инновационная наука. 2020. № 4. С. 79–81.

5. Alleviation of cold stress by psychrotrophic microbes / M. Sindhu, K. Malik, S. Sangwan, et al. // Yadav A., Rastegari A., Yadav N., et al. Advances in Plant Microbiome and Sustainable Agriculture. Singapore: Springer, 2020. P. 179–198. doi: 10.1007/978-981-15-3204-7_8.

6. Plant growth-promoting rhizobacteria for sustainable agricultural production / L. A. de Andrade, C. H. B. Santos, E. T. Frezarin, et al. // Microorganisms. 2023. Vol. 11. No. 4. Article 1088. URL: https://www.mdpi.com/2076-2607/11/4/1088 (дата обращения: 17.11.2023). doi: 10.3390/microorganisms11041088.

7. Chandran H., Meena M., Swapnil P. Plant growth-promoting rhizobacteria as a green alternative for sustainable agriculture // Sustainability. 2021. Vol. 13. No. 9. Article 10986. URL: https://www.mdpi.com/2071-1050/13/19/10986 (дата обращения: 17.11.2023). doi: 10.3390/su131910986.

8. Simple and sensitive spectrophotometric method for estimating the nitrogen-fixing capacity of bacterial cultures / A. Cordova- Rodriguez, M. E. Renteria-Martinez, C. A. Lopez-Miranda, et al. // MethodsX. 2022. Vol. 9. Article 101917. URL: https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2215016122002941 (дата обращения: 30.10.2023). doi: 10.1016/j.mex.2022.101917.

9. Restoration of Triticum aestivum growth under salt stress by phosphate-solubilizing bacterium isolated from southern Alge­ria / N. Belkebla, S. A. Bessai, J. Melo, et al. // Agronomy. 2022. Vol. 12. No. 9. Article 2050. URL: https://www.mdpi.com/2073-4395/12/9/2050 (дата обращения: 02.11.2023). doi: 10.3390/agronomy12092050.

10. Setiawati T. C., Mutmainnah L. Solubilization of potassium containing mineral by microorganisms from sugarcane rhizo­sphere // Agriculture and Agricultural Science Procedia. 2016. Vol. 9. P. 108–117.

11. An exopolysaccharide-producing novel Agrobacterium pusense strain JAS1 isolated from snake plant enhances plant growth and soil water retention / J. Kaur, G. Mudgal, K. Chand, et al. // Sci Rep. 2022. Vol. 12. Article 21330. URL: https://www. nature.com/articles/s41598-022-25225-y (дата обращения: 08.11.2023). doi: 10.1038/s41598-022-25225-y.

12. Microorganisms for bioremediation of soils contaminated with heavy metals / V. V. Atuchin, L. K. Asyakina, Y. R. Se­razetdinova, et al. // Microorganisms. 2023. Vol. 11. No. 4. Article 864. URL: https://www.mdpi.com/2076-2607/11/4/864 (дата обращения: 02.11.2023). doi: 10.3390/microorganisms11040864.

13. Challenges and opportunities in the phytoremediation of heavy metals contaminated soils: A review / А. Mahar, Р. Wang, А. Ali, et al. // Ecotoxicol. Environ. Saf. 2016. Vol. 126. Р. 111–121.

14. Антагонистическое действие молочнокислых бактерий и их консорциума с дрожжами на патогенные микро­организмы / В. С. Ржевская, Е. Ф. Семенова, Г. П. Зайцев и др. // Биотехнология. 2021. Т. 37. № 5. С. 96–107. doi: 10.21519/0234-2758-2021-37-5-96-107.

15. Wagi S., Ahmed A. Bacillus spp.: Potent microfactories of bacterial IAA // PeerJ. 2019. Vol. 7. Article e7258. URL: https:// peerj.com/articles/7258/ (дата обращения: 15.11.2023). doi: 10.7717/peerj.7258.

16. Sood G., Kaushal R., Sharma M. Significance of inoculation with Bacillus subtilis to alleviate drought stress in wheat (Triti­cum aestivum L.) // Vegetos. 2020. Vol. 33. P. 782–792. doi: 10.1007/s42535-020-00149-y.

17. Kaspar F., Neubauer P., Gimpel M. Bioactive secondary metabolites from Bacillus subtilis: A comprehensive review // J. Nat. Prod. 2019. Vol. 82. No. 7. P. 2038–2053. doi: 10.1021/acs.jnatprod.9b00110.

18. Toh W. K., Loh P. C., Wong H. L. First report of leaf blight of rice caused by Pantoea ananatis and Pantoea dispersa in Malaysia // Plant Disease. 2019. Vol. 103. No. 7. P. 1764. doi: 10.1094/PDIS-12-18-2299-PDN.

19. First report of Pantoea ananatis causing leaf blight disease of rice in peninsular Malaysia / M. M. F. Azizi, D. Zulperi, M. A. A. Rahman, et al. // Plant Disease. 2019. Vol. 103. No. 8. P. 2122. URL: https://apsjournals.apsnet.org/doi/10.1094/PDIS-01-19-0191-PDN (дата обращения: 16.11.2023). doi: 10.1094/PDIS-01-19-0191-PDN.

20. Functional characterization of a global virulence regulator Hfq and identification of Hfq-dependent sRNAs in the plant patho­gen Pantoea ananatis / G. Y. Shin, J. K. Schachterle, D. Y. Shyntum, et al. // Front. Microbiol. 2019. Vol. 10. Article 2075. URL: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmicb.2019.02075/full (дата обращения: 16.11.2023). doi: 10.3389/fmicb.2019.02075.