Влияние микробных препаратов на содержание хлорофиллов в листьях пшеницы озимой при стрессовом воздействии тяжелых металлов

АННОТАЦИЯ

В условиях полевого опыта исследовано влияние предпосевной инокуляции (комплекс микробных препаратов: КМП) семян озимой пшеницы на содержание хлорофиллов в листьях растений при загрязнении почвы (чернозем южный карбонатный тяжелосуглинистый) тяжелыми металлами (ТМ): Pb, Cr, Cu. Выявлено положительное воздействие бактеризации на содержание пигментов фотосинтеза (хлорофиллы a+b) в листьях пшеницы: применение КМП способствовало увеличению содержания хлорофиллов на всех фонах загрязнения (до 17%). Показано, что применение КМП обеспечило возрастание зерновой продуктивности пшеницы как в контроле (на 0,7 т/га или 33%), так и при загрязнении почвы ТМ – на 9-41%.

ABSTRACT

The impact of seedbed inoculation (with a complex of microbial preparations -  CMP) of winter wheat seeds on the content of chlorophylls in the leaves of the crop if the soil (chernozem southern carbonate heavy loam) is contaminated with such heavy metals (HM) as Pb, Cr, Cu have been analyzed under the conditions of field experiment. Positive impact of bacterization on the content of photosynthesis pigments (chlorophylls a + b) in leaves of wheat was found. Application of CMP increased the level the content of chlorophylls on all backgrounds of contamination (up to 17%). It is shown that the application of CMP provided the growth of wheat productivity (grain productivity in particular) both in the control variant (by 0.7 ton per hectare or by 33%) and if the soil was contaminated with HM - by 9-41%. 

В последние годы все больше внимания уделяется проблемам, связанным с загрязнением окружающей среды. Среди многочисленных поллютантов антропогенного происхождения, попадающих в окружающую среду (в том числе и почву), ТМ принадлежит одно из первых мест. Эта проблема является актуальной и для Крыма, где источником загрязнения являются промышленные предприятия, а также медьсодержащие пестициды, применяемые в сельском хозяйстве. Включаясь в трофические цепи, ТМ могут в значительной степени изменять интенсивность метаболических процессов растений, в частности фотосинтеза, что снижает их продуктивность и качество урожая [5, с. 59-68; 11, с. 412]. Так, исследователями выявлено отрицательное воздействие ТМ на содержание фотосинтетических пигментов [3, с. 86-91; 6, с. 32-37].

В настоящее время разрабатываются современные биологизированные и комбинированные технологии. Российскими исследователями предложены эффективные приемы биоремедиации, включающие сочетание использования штаммов-деструкторов, природных сорбентов, высева травянистых растений [2, с. 58]. В наших предыдущих исследованиях в условиях вегетационных опытов выявлено положительное воздействие предпосевной инокуляции семян микробными препатарами (Фосфоэнтерин, Диазофит, КМП) на содержание фотосинтетических пигментов в листьях пшеницы озимой, а также на рост и продуктивность растений при загрязнении почвы ТМ [8, с. 87; 9, с. 10; 10, с. 13].

Цель настоящей работы заключалась в исследовании влияния предпосевной инокуляции семян (КМП) на содержание хлорофиллов в листьях пшеницы озимой и ее зерновую продуктивность при загрязнении почвы ТМ в условиях полевых опытов.

Полевой эксперимент проведен в Симферопольском районе на опытном поле Крымского агропромышленного колледжа (почва чернозем южный карбонатный тяжелосуглинистый). Площадь делянки 5 м², повторность 4-кратная. ТМ внесены в почву в виде растворов солей (Pb(CH₃COO)₂, CuSO₄, K₂CrO₄) в соответствии с расчетами, соответствующими загрязнению почвы на уровне 5, 10 и 20 ПДК. В контрольном варианте ТМ не вносили. Для предпосевной инокуляции семян использовали КМП: Диазофит (основа – бактерия Rhizobium radiobacter 204, обладающая азотфиксирующей и ростстимулирующей способностью), Фосфоэнтерин (основа – бактерия Enterobacter nimipressuralis 32-3: фосфатмобилизатор и продуцент фитогормонов), Биополицид (основа – бактерия Paenibacillus polymyxa П, синтезирующий хитиназу и антифунгальные компоненты) в соотношении 1:1:1. В контроле инокуляцию семян не проводили. Отбор растительных образцов для анализа проводили дважды: в фазы весеннего кущения и выхода в трубку пшеницы озимой. Экстракцию пигментов проводили 96% этиловым спиртом, а их количественное содержание определяли колориметрическим методом согласно методики [1].

Анализ полученных результатов показал, что на ранних этапах развития растений пшеницы негативное действие ТМ на содержание суммы хлорофиллов в листьях отмечено только при высоком уровне загрязнения почвы ТМ (20 ПДК): количество пигментов снизилось на 17%  против контроля  (рисунок 1).

Рисунок 1. Содержание суммы хлорофиллов (a + b) в листьях пшеницы озимой при загрязнении почвы ТМ (фаза весеннего кущения) 

Отмечено увеличение содержания суммы хлорофиллов в листьях пшеницы при загрязнении почвы ТМ на уровне 5 ПДК: на 21% по сравнению с контролем. Полученные данные совпадают с результатами других исследователей, которые установили, что в естественных условиях воздействие невысоких концентраций загрязняющих веществ приводит к активации синтеза пигментов [4, с. 106; 7, с. 36].

Выявлено положительное воздействие предпосевной инокуляции на содержание фотосинтетических пигментов в листьях пшеницы по сравнению с неинокулированными растениями: как в контроле (на 15%), так и при загрязнении почвы ТМ (на 3-17%).

В фазу выхода в трубку озимой пшеницы отмечено возрастание количества хлорофиллов в листьях по сравнению с предыдущим отбором (рисунок 2). Следует отметить плавное уменьшение содержания количества хлорофиллов в листьях неинокулированных растений пшеницы под влиянием возрастающей дозы ТМ: на 0,25; 0,5 и 1,1 мг/г сырой массы при внесении в почву 5; 10 и 20 ПДК ТМ соответственно. Как и в предыдущую фазу выявлено положительное воздействие предпосевной инокуляции. В листьях бактеризованных растений, выросших на высоких уровнях загрязнения почвы  ТМ, содержание суммы хлорофиллов (a+b) было больше, чем у растений без инокуляции. Так, на уровне 10 ПДК ТМ оно составляло 4,6 мг/г,  на уровне 20ПДК ТМ – 3,9мг/г, что превышало варианты без инокуляции на 16% и 13% соответственно.

Рисунок  2. Содержание суммы хлорофиллов (a + b) в листьях пшеницы озимой

при загрязнении почвы ТМ (фаза выхода в трубку) 

Анализируя полученные данные необходимо отметить, что оптимизация фотосинтетического комплекса растений вследствие применения микробных препаратов способствует возрастанию зерновой продуктивности озимой пшеницы. Так, применение КМП обеспечило прибавку урожая на 0,7 т/га (33%) в варианте без внесения ТМ. На фонах 5; 10 и 20 ПДК ТМ предпосевная инокуляция семян способствовала увеличению урожайности озимой пшеницы на 9%, 27% и 41% соответственно.

Выводы. В условиях полевого опыта показано, что применение микробных препаратов для предпосевной инокуляции семян повышает адаптивность озимой пшеницы к стрессовому воздействию ТМ: способствует увеличению содержания суммы хлорофиллов (a+b) в листьях (до 17%) и возрастанию зерновой продуктивности (на 9-41%) против  контроля.