doi: 10.15389/agrobiology.2021.3.511rus
УДК 633.11:632.937:57.044
БИОЛОГИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
ИНДУКТОРОВ УСТОЙЧИВОСТИ НА ОСНОВЕ ХИТОЗАНА
ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ БИОФУНГИЦИДОВ
И.И. НОВИКОВА ✉, Э.В. ПОПОВА, И.Л. КРАСНОБАЕВА,
Н.М. КОВАЛЕНКО
Микробиологические препараты составляют основу современных технологий фитосанитарной оптимизации агроэкосистем, поэтому повышение их эффективности в защите сельскохозяйственных культур от широкого спектра фитопатогенов — актуальная задача растениеводства. Во Всероссийском НИИ защиты растений (ФГБНУ ВИЗР) разработан биопрепарат Витаплан на основе композиции двух штаммов — Bacillus subtilis ВКМ В-2604D и B. subtilis ВКМ В-2605D с различным составом активных комплексов и механизмом действия, обладающих высокой эффективностью по отношению к широкому кругу фитопатогенов. В настоящей работе впервые получены две новые оптимизированные препаративные формы (Витаплан, КЖ + коллоидный хитин и композиция Витаплан, КЖ + 0,1 % салицилата хитозана) с повышенной антагонистической и элиситорной активностью по сравнению с исходной формой биопрепарата. Установлено, что присутствие в новой препаративной форме Витаплана, КЖ салицилата хитозана повышает индуцирующую активность в 2,0-2,5 раза по сравнению с исходной формой. Цель наших исследований состояла в совершенствовании подходов к повышению эффективности полифункционального биопрепарата Витаплан посредством включения в препаративную форму индукторов болезнеустойчивости на основе хитозана. Схема опыта для определения антагонистической активности в отношении Alternaria solani Sorauer и Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis (Smith) Davisetal. (штамм 101) предусматривала следующие варианты: Витаплан, КЖ (титр жизнеспособных клеток 1010 КОЕ/мл) — культуральная жидкость штаммов B. subtilis ВКМ В-2604D и B. subtilis ВКМ В-2605D при соотношении 1:1 без добавок (контроль); Витаплан, КЖ (1010 КОЕ/мл) + сухой хитин (1,0 %); Витаплан, КЖ (1010 КОЕ/мл) + коллоидный хитин (1,0 %, расчет на сухую массу хитина); Витаплан, КЖ (1010 КОЕ/мл) + коллоидный хитозан (1,0 %, расчет на сухую массу хитозана). Антагонистическую активность оценивали методом бумажных дисков по диаметру зоны лизиса тест-культур фитопатогенов на агаризованной питательной среде. Фунгистатическую активность по отношению к Cochliobolus sativus S. Ito & Kurib. оценивали по следующий схеме: контроль (вода); Витаплан, КЖ (1010 КОЕ/мл); Витаплан, КЖ (разведение 1:10, 109 КОЕ/мл); Витаплан, КЖ (без разведения, 1010 КОЕ/мл) + коллоидный хитин (1,0 %, расчет на сухую массу хитина); Витаплан, КЖ (разведение 1:10, 109 КОЕ/мл) + салицилат хитозана (0,1 %); салицилат хитозана (0,1 %). Прямое фунгистатическое действие исследуемых препаративных форм оценивали in vitro методом агаровых блоков. Для изучения индуцирующей активности в патосистеме пшеница (Triticum aestivum L.)—C. sativus отобранныеварианты (Витаплан, КЖ; Витаплан КЖ + 1 % коллоидный хитин; композиция Витаплан, КЖ + 0,1 % салицилат хитозана) разводили дистиллированной водой в 10 раз, титр рабочего раствора составлял 109 КОЕ/мл. За 24 ч до инокуляции патогеном 7-суточные проростки пшеницы восприимчивого к болезням сорта Саратовская 29 опрыскивали суспензиями образцов препаративных форм при разведении 1:10. Листья пшеницы заражали суспензией спор гемибиотрофа C. sativus (4×103 и 20×103 спор/мл). Степень пораженности листьев оценивали на 4-е сут после заражения в процентах по площади листа. В контроле растения обрабатывали водой. Введение коллоидного хитина (1,0 %) в среду для глубинного культивирования штаммов-продуцентов B. subtilis ВКМ В-2604D и ВКМ В-2605D повышало их антагонистическую активность в отношении возбудителей бактериального рака томата и альтернариоза томата, а также обеспечивало эффективное подавление роста мицелия возбудителя темно-бурой пятнистости пшеницы C. sativus до 84,9 и 88,1 % соответственно на 5-е и 7-е сут опыта, сравнимое с эффективностью Витаплана, КЖ (80,9 и 87,5 %). Салицилат хитозана (0,1 %) обладал умеренной фунгистатической активностью, ингибируя рост мицелия гриба С. sativus только на 36,5 и 46,0 %. Предварительное опрыскивание растений пшеницы Витапланом, КЖ в разведении 1:10 с последующим заражением возбудителем темно-бурой пятнистости снижало площадь поражения листьев до 50-80 % в зависимости от инфекционной нагрузки по сравнению с 65-100 % в контроле. Включение в среду для культивирования штаммов-продуцентов коллоидного хитина (0,5 %) сокращало пораженность листьев до 40-50 %. Салицилат хитозана показал себя эффективным индуктором болезнеустойчивости, снизив пораженность растений пшеницы темно-бурой пятнистостью до 10-20 % в зависимости от инфекционной нагрузки. Добавление салицилата хитозана (0,1 %) в Витаплан, КЖ в разведении 1:10 также положительно влияло на индуцирующую активность антагониста, повышая его биологическую активность в 2,0-2,5 раза. Таким образом, обоснована и экспериментально доказана перспективность сочетания активных отселектированных штаммов микроорганизмов — антагонистов возбудителей болезней растений и хитозановых комплексов для повышения биологической эффективности и расширения спектра действия разрабатываемых препаративных форм.
Ключевые слова: биопрепарат Витаплан, препаративные формы, фунгистатическая активность, антагонистический эффект, хитозан, хитин, индуцированная устойчивость, пшеница, темно-бурая пятнистость.
BIOLOGICAL BACKGROUND TO USING CHITOSAN INDUCERS TO INCREASE THE EFFICIENCY OF BIOFUNGICIDES
I.I. Novikova ✉, E.V. Popova, I.L. Krasnobaeva, N.M. Kovalenko
Microbiological preparations form the basis of modern technologies phytosanitary optimization of agroecosystems, therefore, increasing their efficiency in protecting crops from a wide range of plant pathogens is an urgent task of crop production. The All-Russian Research Institute of Plant Protection (VIZR) has developed Vitaplan, a biological product based on the composition of two strains, the Bacillu subtilis VKM B-2604D and B. subtilisVKM B-2605D with a different composition of active complexes and a mechanism of action that are highly effective against a wide range of plant pathogens. The aim of the study is to substantiate increasing the biological effectiveness of new Vitaplan formulations supplemented with chitosan as an inducers of plant resistance. In this work, for the first time, two new formulations were developed, the Vitaplan, CF + colloidal chitin and the Vitaplan, CF + 0.1 % chitosan salicylate with increased antagonistic and elicitor activity compared to the original biological Vitaplan, CF. The effect of disease resistance inducers, such as colloidal chitin and chitosan salicylate, on the biological activity of Vitaplan has been investigated. The colloidal chitin (1 %) added to the deep culture medium increased the antagonistic activity of B. subtilis VKM B-2604D and VKM B-2605D against the tomato bacterium Clavibacter michiganensis subsp. Michiganensis (Smith) Davis et al. (strain 101) and the fungus Alternaria solani Sorauer, and also ensured effective suppression of the growth of Cochliobolus sativus mycelium up to 84.9-88.1 % on day 5 and day 7 of the experiment, which is comparable to the efficiency of Vitaplan CF (80.9-87.5 %, respectively). Chitosan salicylate at a concentration of 0.1 % had a moderate fungistatic activity, with only 36.5-46.0 % suppression of the growth of the C. sativus mycelium. The study of the immunomodulatory activity of various Vitaplan CF preparative forms in protecting wheat against the brown spot pathogen Cochliobolus sativus (S. Ito & Kurib.) was carried out under various infectious loads. Depending on the infectious load of the pathogen, preliminary spraying of wheat plants with Vitaplan, CF at a dilution of 1:10 followed by infection with the brown spot pathogen reduced the leaf lesion area to 50-80 % compared to 65-100 % in control. Adding 1.0 % colloidal chitin to the culture medium for the producer strains reduced leaf damage to 40-50 %, which indicates a higher immunomodulatory activity of this form of Vitaplan compared to Vitaplan CF at a dilution of 1:10. Chitosan salicylate proved to be an effective inducer of disease resistance, reducing damage to wheat plants by dark brown spots to 10-20 %, depending on the infectious load. The addition of chitosan salicylate at a concentration of 0.1 % to original form Vitaplan, CF at a 1:10 dilution also had a positive effect on the antagonist with a 2.0-2.5-fold increase of its biological activity. The biological effectiveness of the new formulation Vitaplan CF (1:10) + chitosan salicylate (0.1 %) in protecting wheat from brown spot when spraying plants is determined by two mechanisms, i.e., by i) direct pathogen suppression due to antibiotics and enzymes the B. subtilis VKM B-2604D and B. subtilis VKM B-2605D produce, and ii) through the induction of plant systemic resistance. The chitosan salicylate in the Vitaplan biological increases the inducing activity of this new formulation compared to the original form. Thus, the prospect of combining active selected strains of microbial antagonists of plant pathogens and chitosan complexes to increase the biological efficiency and expand the spectrum of action of drugs has been experimentally confirmed and theoretically substantiated.
Keywords: biological control, Bacillus subtilis, Vitaplan formulations, fungistatic activity, antagonistic effect, chitosan, chitin, systemic resistance, Triticum aestivum L., Cochliobolus sativus.
ФГБНУ Всероссийский НИИ защиты растений, |
Поступила в редакцию |
