Научные стремления 2011-1

УДК 575.13: 577.21

Е.А. Маркевич, А.В. Клемантович, В.Е. Мямин

БАКТЕРИИ BACILLUS PUMILUS КАК ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ ФИТОПАТОГЕНЫ

Белорусский государственный университет, Минск

Введение. Фитопатогенные микроорганизмы, несомненно, имеют очень большое значение для сельского хозяйства и экономики в целом. Поражения различных типов, вызываемые фитопатогенами, препятствуют нормальному развитию растений, что является причиной снижения урожайности. Мировая история знает не один случай, когда вспышки заболеваний вызывали массовую гибель растений и существенно снижали урожаи сельскохозяйственных культур, весьма негативно сказываясь на государственной экономике. Очевидно, что изучение фитопатогенных микроорганизмов является весьма важным направлением в микробиологии.

Список видов бактерий, обладающих фитопатогенными свойствами, постепенно пополняется: в литературе периодически появляется информация о способности некоторых непатогенных видов вызывать заболевания у растений. Одним из таких видов является Bacillus pumilus. За последние 15 лет было опубликовано несколько сообщений о заражении бактериями данного вида различных растений, имеющих сельскохозяйственное значение. Среди них – как растения южного климата (манго, персики), так и растения, произрастающие в умеренных широтах (фасоль, картофель и др.) [1, 2, 3]. В 2009 году бактерии B.pumilus были выделены из пораженных растений томатов и огурцов в лаборатории биологического факультета БГУ, что заставило нас обратить внимание на изучение данного вида.

Целью наших исследований является изучение свойств B. pumilus, а также способности данных микроорганизмов вызывать симптомы заболевания у различных видов растений.

Материалы и методы исследования. Объектом наших исследований является ряд штаммов бактерий B. pumilus, выделенных из пораженных растений томатов и огурцов.

Для определения физиолого-биохимических свойств данных штаммов был проведен ряд соответствующих тестов, таких как тесты на определение целлюлолитической, оксидазной, желатиназной, амилолитической, казеинолитической активности, тесты на образование сероводорода и индола, реакция Фогеса-Проскауэра (определение образования ацетоина), определение наличия нитратредуктазы, определение способности бактерий расти на минимальной глюкозо-солевой среде, деградировать пектиновые вещества и мацерировать растительную ткань, O/F тест (определение способа утилизации глюкозы) [4].

Для выяснения способности изучаемых бактерий вызывать заболевание растений была проведена серия экспериментов по искусственному заражению различных сельскохозяйственных растений путем микроинъекции бактериальной суспензии в проводящую систему стебля (для растений бобов,

211

фасоли, гороха, огурцов и томатов) или под эпидермис листа растения (для растений бобов и табака). Для растений капусты было произведено искусственное заражение посредством поражения кончика листа растения и последующего погружения его в суспензию клеток B. pumilus. Также был использован метод заражения плодов груши путем повреждения стебля стерильной иглой и нанесения бактериальной суспензии на поврежденный участок.

Результаты исследования и их обсуждение. В процессе изучения видового состава фитопатогенных микроорганизмов, поражающих белорусские сельскохозяйственные культуры, из пораженных растений томатов и огурцов В.Е. Мяминым и А.В. Клемантович были выделены несколько штаммов бактерий, которые по результатам секвенирования 16S-РНК были идентифицированы как B. pumilus. Присутствие этих микроорганизмов в тканях растений, проявлявших признаки заболевания, вызвало у нас интерес к способности бактерия данного вида поражать растительный организм. Проведенные эксперименты выявили способность исследуемых штаммов B. pumilus в некоторых случаях вызывать определенные реакции и симптомы у некоторых видов растений.

В частности, оказалось, что исследуемые бактерии способны вызывать увядание и некроз листьев у растений Vicia faba как при заражении в стебель, так и при инъекции под эпидермис листа (рисунок 1).

Также явные признаки заболевания проявляли растения фасоли (Phaseolus vulgaris), зараженные бактериями B. pumilus: отмечалось развитие хлороза и деформация листьев зараженных растений (рисунок 2). На растениях гороха посевного после инъекции суспензии B. pumilus в стебель наблюдалось усыхание и опадение листьев, ближайших к месту укола.

В то же время, при заражении растений табака, капусты, груши исследуемыми бактериями признаков развития заболевания отмечено не было. Не проявляли явных симптомов заболевания и растения огурцов и томатов, однако спустя месяц после их заражения из тканей зараженных растений удавалось выделить бактерии B. pumilus.

212

Одним из этапов исследований стало изучение физиолого-биохимических свойств исследуемых штаммов B. pumilus. Как показали проведенные тесты, все изучаемые штаммы проявляют отрицательную оксидазную, нитратредуктазную и амилолитическую активность; кроме того, ни один штамм бактерий не способен деградировать пектиновые вещества и выделять индол. Положительными для всех штаммов оказались результаты тестов на утилизацию целлюлозы, желатина, казеина, синтез ацетоина (реакция ФогесаПроскауэра). Кроме того, все исследуемые штаммы оказались способными активно мацерировать растительную ткань, выделять сероводород, расти на минимальной глюкозо-солевой среде и утилизировать глюкозу по ферментативному типу.

Заключение. По результатам проведенных нами экспериментов можно сделать следующие выводы:

1.Изоляты B. pumilus вызывают симптомы заболевания у растений фасоли, гороха посевного и бобов конских.

2.Изоляты B. pumilus в исследуемых условиях не вызывают симптомов заболевания у растений табака, капусты и груши.

3.Изоляты B. pumilus в исследуемых условиях не вызывают симптомов заболевания у растений огурцов и томатов, однако способны долгое время присутствовать в тканях данных растений.

4.Все изоляты характеризуются сходными физиологобиохимическими свойствами.

Литературные источники

1.Font M.I., Bassimba D.D.M., Cebrián M.C., Molina L.M., Jordá C. First report of

Bacillus pumilus on Phaseolus vulgaris in Spain // New disease reports. – 2009. – V. 19. Режим доступа: http://www.ndrs.org.uk/ndr.php?id=019054.

2.Galal A.A., El-Bana A.A., Janse J. Bacillus pumilus, a new pathogen on mango plants // Egyptian Journal of Phytopathology. – 2006. - V. 34. No. 1. – p.17-29.

3.Saleh O.I., Huang P.Y., Huang J.S. Bacillus pumilus, the cause of bacterial blotch of immature balady peach in Egypt // Journal of Phytopathology. – 1997. – V.145. – p. 447-453.

4.Желдакова Р.А., Мямин В.Е. Фитопатогенные микроорганизмы: учеб.-метод. комплекс для студентов биол. фак. спец. 1-31 01 01 «Биология». – Мн.: БГУ, 2006. – 116 с.

E.A. Markevich, A.V. Klemantovich, V.E. Myamin

BACILLUS PUMILUS BACTERIA AS A POTENTIAL PATHOGENE OF AGRICULTURAL PLANTS

Belarusian state university, Minsk

Summary

The intention of our investigation was to characterize a number of B. pumilus strains isolated from diseased tomatoes and cucumbers. A series of tests proved that all the strains have similar biochemical properties. Artificial infecting of a few agricultural plants showed the ability of B. pumilus to cause disease symptoms in fabaceous plants such as Phaseolus vulgaris, Vicia faba, Pisum sativum. On the other hand, the bacteria investigated appeared to be incapable of infecting some other plant species.

213

УДК 635.64:58.035:[631.524.84+631.559]

Д.С. Мороз 1, В.И. Цвирко 2, Ю.В. Трофимов 2

ОСОБЕННОСТИ ПРОДУКЦИОННОГО ПРОЦЕССА РАСТЕНИЙ ТОМАТА LYCOPERSICON ESCULENTUM MILL., ВЫРАЩИВАЕМЫХ

ПОД СВЕТОДИОДНЫМИ ИЗЛУЧАТЕЛЯМИ РАЗЛИЧНОГО СПЕКТРАЛЬНОГО СОСТАВА, ИНТЕНСИВНОСТИ И РАСПОЛОЖЕНИЯ В ЦЕНОЗЕ

1 Институт экспериментальной ботаники им. В.Ф. Купревича НАН Беларуси, Минск 2 «ЦСОТ» НАН Беларуси, Минск

Актуальность. Выращивание овощей в условиях защищенного грунта, как правило, невозможно без использования дополнительного искусственного освещения. В настоящее время в большинстве теплиц для этого используются натриевые лампы высокого давления. Однако, несмотря на их высокую светоотдачу [1], они не соответствуют требованиям растений к спектральному составу [2]. В этом плане светодиоды обладают рядом преимуществ по сравнению с традиционными источниками света. Они имеют относительно малую ширину излучения, примерно 25-30 нм, что позволяет облучать растения только физиологически значимыми длинами волн [1, 3]. Эта особенность позволит направленно регулировать светозависимые процессы растений [4]. Кроме того, светодиоды характеризуются высокой энергетической эффективностью, низкой тепловой составляющей излучения, длительным сроком службы, экологической безопасностью [1, 3, 5]. Благодаря этому светодиоды могут стать основой осветителя, который позволил бы не только в значительной степени экономить энергию, но и обеспечил бы оптимальные развитие и продукционный процесс культивируемых растений.

Целью данного исследования являлся подбор оптимального режима освещения культуры томата, который позволяет получать максимальный урожай при снижении затрат на электроэнергию.

Материалы и методы исследования. Объектом исследования служили растения томата (Lycopersicon esculentum Mill.), гибрид «Жеронимо» голландской селекции. Томаты (в количестве 6 растений на вариант) выращивали в отдельных боксах площадью 2,2 м2 и высотой 3,5 м исключительно под искусственным освещением. Были предусмотрены различные варианты светодиодного освещения. Их основные характеристики приведены в таблице 1. Контролем служили натриевые лампы высокого давления, которые традиционно используются в теплицах в качестве досветки. Режим питания всех растений был идентичен. В процессе эксперимента поддерживали температуру воздуха 17˚С (темнота) и 22˚С (свет), влажность воздуха 60-70%, фотопериод 18 часов.

В опытах исследовали количество соцветий, цветов и плодов. Поскольку урожайность томатов определяется размером плода и количеством плодов на одном растении, то эти параметры определялись каждую неделю.

214

Таблица - Характеристика вариантов освещения

Результаты и обсуждение результатов исследования. Цветение во всех вариантах начиналось через месяц после всходов. Первоначально количество цветков на растение было примерно одинаково во всех вариантах. Но когда они выросли до 2,5-3м (расстояние до светильников составило около 1 м), условия формирования цветов стали определяться в большей степени спектральным составом, а не плотностью потока фотонов. Среднее количество цветов составляет 11,3 шт для контроля, 9,9 для первого варианта, 10,7 для второго, 12,9 для третьего и 13,2 для четвертого.

Плоды также начали формироваться одновременно – через 2 месяца после посева семян. При этом больше всего плодов образовалось в 1 варианте, что, по-видимому, связано с более равномерным распределением света в ценозе (рисунок 1)

Рисунок 1 - Динамика плодообразования и средняя урожайность за неделю растений томата, выращиваемых при различном освещении

Созревание также происходило неравномерно: в 1 варианте через 8 недель после высадки в теплицу, во 2, 3, 4 вариантах через 10 недель, а в

215

контрольном через 12 недель. Более медленное созревание в контрольном боксе идет из-за недостатка освещенности нижнего яруса в отличие от других вариантах, где имеется боковое досвечивание.

Недельный прирост урожая в среднем составляет для 1 варианта 3,2 кг, для 2 и 3 варианта – 2 кг, для контроля и 4 варианта -1,4-1,5 кг (рисунок 1). Дисперсионный анализ показал, что урожайность значимо больше по сравнению с остальными вариантами в первом варианте.

Показатели урожайности за месяц, а также средняя масса плода и количество плодов с бокса представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Урожайность растений томата, выращиваемых при различных вариантах освещения

Из приведенных данных следует, что у растений 1 варианта выше не только урожайность (в 2,3 раза по сравнению с контролем), но и средний вес плодов (на 60% по сравнению с контролем). Второй и третий вариант несколько уступают по этим параметрам первому варианту, но превосходят четвертый и контрольный. Следует отметить, что показатели растений выращиваемых в первом варианте лучше не только по сравнению с контролем под натриевыми лампами, но и по показателям за аналогичный период в боксе с люминесцентными лампами [6].

Выводы. Таким образом, спектральный состав оказывает значительное влияние на продукционный процесс растений томата. Так большее количество цветов образуется у растений, которые облучаются осветителем с соотношением красной доли спектра к синей 2:1, чем в остальных вариантах.

216

Однако для образования и созревания плодов с большей средней массой необходимо более равномерное распределение света в ценозе, которое достигается за счет боковой досветки, и спектр с большей долей синего света. Полученные результаты свидетельствуют о целесообразности внедрения боковой досветки для внутриценозного освещения тепличных культур.

Литературные источники

1.Zukausskas A., Shur M.S., Gaska R. Introduction to solid-state lighting. NewYork, 2002.

2.Карпов, В.Н., Ракутько С.А. Энергосбережение в оптических электротехнологиях АПК. Прикладная теория и частные методики. СПб.: СПбГАУ, 2009, 100 с

3.Бахарев И., Прокофьев А., Туркин А., Яковлев А. / Современные технологии автоматизации. 2010. №2. С.76-82

4.Кособрюхов, А.А., Полякова М.Н., Диловарова Т.А., Мартиросян Ю.Ц. / Физиолого-биохимические основы продукционного процесса у культивируемых растений: Материалы докладов Всероссийского симпозиума с международным участием. Саратов, 2010. С.44-45

5.Erokhin A.N. [et. al] / Advances in space research. 2006. V.38. P.1240-1247.

6.Д.С. Мороз, Н.И. Астасенко, В.И. Цвирко / Физиолого-биохимические основы продукционного процесса у культивируемых растений: Материалы докладов Всероссийского симпозиума с международным участием. – Саратов: Изд. «Саратовский источник» 2010 – с.

58-60.

D.S. Moroz 1, V.G. Reutski 1, V.I. Tsvirko 2, N.I. Astasenko 2

PRODUCTIONAL PROCESS FEATURES OF TOMATO PLANTS LYCOPERSICON ESCULENTUM MILL. GROWING UNDER DIFFERENT SPECTRAL

AND INTENSITY LED.

1 Institute of experimental botany, National academy of science, Minsk

2 «CLOT», National academy of science, Minsk

Summary

This article considers light emitting diodes (LED) irradiation effect on tomato (Lycopersicon esculentum Mill.) productional process. Plants were grown under artificial light with LED interlighting differed in spectral composition and emission intensity. It was shown, that different light spectrums are needed for better flowering, fructification and ripening. Thus our data confirm that LED interlighting could improve productivity.

217

УДК 581.1

С.А. Пазухин 1, А.В. Сидлеронок 1, В.Н. Родионова 2

ВЛИЯНИЕ НИЗКОИНТЕНСИВНОГО МИКРОВОЛНОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НА ОТДЕЛЬНЫЕ ВИДЫ ЛЕКАРСТВЕННЫХ И

КОРМОВЫХ КУЛЬТУР

1Белорусский государственный педагогический университет имени М.Танка, Минск 2НИИ"Ядерных проблем БГУ", Минск

Внастоящее время известны различные физико-химические факторы воздействия на растения, повышающие их урожайность и улучшающие качество получаемой продукции. Однако растущие запросы народного хозяйства требуют поиска новых, более эффективных приемов повышения продуктивности сельскохозяйственных и лекарственных культур.

Семена большинства лекарственных и кормовых культур имеют относительно низкую всхожесть в естественных условиях. Поэтому актуальными представляются способы предпосевного воздействия, а именно низкоинтенсивным микроволновым излучением на семена данных культур, повышающие их всхожесть и устойчивость к неблагоприятным воздействиям.

Всвязи с этим, целью нашей работы было изучение эффекта электромагнитной обработки (ЭМИ) на прорастание семян валерианы лекарственной (Valeriana officinalis) сорта Маун и ромашки лекарственной

(Matricaria recutita) сорта Подмосковная, галеги восточной (Galaga orientalis Lam.)) сорта Гале и пажитника греческого(Trigonélla foеnumgraеcum).

Семена исследуемых культур обрабатывались низкоинтенсивным микроволновым электромагнитным излучением в различных частотных режимах: режим 1 (частота обработки 54–78 ГГц, время обработки 20 минут); режим 2 (частота обработки 64–66 ГГц, время обработки 12 минут) и режим 3 (частота обработки 64 –66 ГГц, время обработки 8 минут) в Институте ядерных проблем БГУ.

На пути изыскания новых источников, способных вызвать генетический эффект у растений, многие исследователи проводят опыты по изучению биологического действия магнитного поля. Согласно их данным, под действием искусственных магнитных полей наблюдаются хромосомные аберрации, повышение энергии прорастания семян, увеличение или уменьшение урожая в зависимости от напряженности.

Для удовлетворения потребностей фармацевтических производств в получении целевого продукта требуется значительный объѐм исходного сырья. Однако стоит проблема низкой всхожести семян исследуемых культур. В связи с этим необходимо внедрение новых подходов, среди которых наиболее перспективным является применение метода электромагнитной обработки. Данный метод обладает рядом преимуществ по сравнению с другими методами: радикальное решение проблемы дефицита исходного сырья; относительная независимость от климатических условий; возможность управления процессом биосинтеза целевых продуктов [1].

218

Галега восточная (Galega orientalis Lam.) многолетнее травянистое растение из семейства бобовых. Содержит большое количество протенинов, белков, жиров, клетчатки. Используется в качестве ранней зеленой подкормки и как высокобелковое сырье для раннего силосования [5].

В ходе исследований установлено, что режим 2 оказал наиболее высокий стимуляторный эффект на энергию прорастания и всхожесть ромашки, валерианы, галеги и пожитника (рисунки 1, 2). Как видно из результатов полевого опыта, ЭМ обработка отразилась не только на начальном этапе онтогенеза – во время прорастания, но и на дальнейшем развитии растений. Однако эффекты используемых режимов ЭМИ на изучаемых культурах оказались различными. Так режим 1 не оказал заметного влияния на рост и развитие всех четырех культур, или незначительно угнетал (в пределах ошибки

220