doi: 10.15389/agrobiology.2026.3.510rus
УДК: 579.64:631.461.61:574.472:631.46
Исследования выполнены с использованием оборудования ЦКП «Геномные технологии, протеомика и клеточная биология» ФГБНУ ВНИИСХМ. Работы были проведены за счет финансовой поддержки гранта РНФ 23-16-00147.
ВЛИЯНИЕ БИОПРЕПАРАТА БАГС НА СОСТАВ ГРИБНОГО СООБЩЕСТВА В МУЛЬЧЕ
О.В. ОРЛОВА ✉, А.О. ЗВЕРЕВ, Т.О. ЛИСИНА, Н. КУРЧАК,
А.А. КИЧКО, А.Г. ПИНАЕВ, Е.Е. АНДРОНОВ
Технологии no-till приобретают все большее распространение благодаря неоспоримому экономическому эффекту (G.A. Thomas с соавт., 2007). Наряду с преимуществами, эта технология имеет риски роста заболеваемости растений, поскольку мульча может служить депо хранения фитопатогенных грибов (D.C. Schlatter с соавт., 2017). В этой связи представляет интерес комплексный биологически активный препарат БАГС (разработан во Всероссийском НИИ сельскохозяйственной микробиологии), который ускоряет разложение растительных остатков и обладает антифунгальной активностью. В представленной работе впервые показано наличие в грибном микробиоме соломы овса значительного количества представителей рода Fusarium (11 ASV), а также снижение количества F. graminearum в мульче при использовании препарата БАГС. Подтверждено, что внесенный фитопатоген способен достаточно долго (68 сут) сохраняться в соломенной мульче, особенно в варианте без обработки БАГС. Целью работы был анализ влияния препарата БАГС на состав грибного сообщества в мульче в процессе эксперимента, имитирующего технологию no-till, при которой пожнивные остатки оставляют на поверхности почвы. Лабораторный опыт с компостированием соломы овса (Avena sativa L.) на поверхности почвы проводили в пластиковых контейнерах объемом 1 л. На поверхность почвы укладывали капроновую ткань (для удобства определения потерь массы соломы), на которую помещали по 15 г измельченной соломы (14,1 г абсолютно сухой массы). Для создания искусственного фона фитопатогенных грибов в соломенную мульчу вносили по 50 мл (1,45× 104КОЕ/мл) на сосуд суспензии Fusarium graminearum, вызывающего фузариоз колоса. Варианты опыта были следующими: солома; солома + F. graminearum; солома + F. graminearum + 10 % (от массы соломы) БАГС. Компостирование проводили при температуре 22-26 °С и постоянной влажности 75-78 %. В исходный срок и через 30 и 68 сут осуществляли высокопроизводительное секвенирование ампликонных библиотек ITS (эукариоты). Различия между полученными микробиомами оценивали, анализируя альфа- (внутри выборки) и бета- (между выборками) разнообразие. Оценка альфа-разнообразия включала определение общего числа ASVs (Observed ASVs), индекса Шеннона (Shannon), индекса Симпсона (Simpson = 1 - D) и Chao1 (показатель видового богатства популяции). Визуализацию бета-разнообразия проводили методом анализа главных координат (Principal Coordinate Analysis, PCoA) по дистанции Брея-Кертиса (Bray-Curtis Distance). Поиск таксонов, достоверно изменяющих численность в попарном сравнении, проводили при помощи пакета DeSEQ2 (v.3.21). Главным фактором, отражающим большую часть изменчивости структуры микробиома по анализу бета-разнообразия (более 22 % объясненной изменчивости), оказался срок проведения эксперимента, то есть стадия разложения соломы. Наблюдали снижение доли Basidiomycota за счет исчезновения дрожжевых и эпифитных форм (Vishniacozyma, Dioszegia, Wallemia) относительно аскомицетов во всех вариантах с 50-53 % в исходный срок до 0,8-0 % через 30 и 68 сут, что отражает переход от эпифитной микобиоты к сапротрофным деструкторам органического вещества. Фузариозный комплекс мульчи оказался весьма богат и содержал по крайней мере 11 таксонов, относящихся к роду Fusarium, при этом результаты высокопроизводительного секвенирования позволили четко отличать внесенный фитопатоген от других представителей рода Fusarium. Отмечено снижение представленности внесенного штамма фитопатогена в варианте с БАГС по сравнению с соломой с патогенным фоном как через 30, так и 68 сут соответственно в 3,9 и 3,3 раза. Внесенный фитопатоген был способен достаточно долго (68 сут) сохраняться в соломенной мульче, особенно в варианте без обработки биопрепаратом. Существенные изменения в структуре грибного сообщества, наблюдаемые при воздействии БАГС, произошли за счет перераспределения численности таксонов, а не изменения разнообразия. Показано отсутствие избирательности влияния биопрепарата на грибные таксоны: наблюдали стимуляцию как Humicola (целлюлозолитики, способствующие повышению плодородия почв), так и фитопатогенов рода Phiatophora.
Ключевые слова: Fusarium graminearum, солома овса, мульча, высокопроизводительное секвенирование, сукцессия микромицетов, биопрепарат БАГС.
O.V. Orlova ✉, A.O. Zverev, T.O. Lisina, N. Kurchak,
A.A. Kichko, A.G. Pinaev, E.E. Andronov
No-till technologies are becoming increasingly widespread due to their undeniable economic effect (G.A. Thomas et al., 2007). Along with the advantages, this technology carries risks of increased plant disease incidence, since mulch can serve as a reservoir for phytopathogenic fungi (D.C. Schlatter et al., 2017). In this regard, the complex biologically active preparation BAGS, developed at the All-Russian Research Institute for Agricultural Microbiology, is of interest, as it accelerates the decomposition of plant residues and possesses antifungal activity. In this work, for the first time, the presence of a significant number of representatives of the genus Fusarium (11 ASVs) in the fungal microbiome of oat straw was shown, as well as a decrease in the abundance of F. graminearum in mulch when using the BAGS preparation. It was confirmed that the introduced phytopathogen is capable of persisting for a sufficiently long period (68 days) in straw mulch, especially in the variant without BAGS treatment. The aim of the study was to analyze the effect of the BAGS preparation on the composition of the fungal community in mulch during an experiment simulating no-till technology, in which crop residues are left on the soil surface. A laboratory experiment with composting of oat straw (Avena sativa L.) on the soil surface was carried out in 1 L plastic containers. A nylon fabric was placed on the soil surface (to facilitate determination of straw mass loss), onto which 15 g of chopped straw (14.1 g of absolutely dry mass) were placed. To create an artificial background of phytopathogenic fungi, 50 mL per vessel of a suspension of Fusarium graminearum (1.45×104 CFU/ml), the causal agent of Fusarium head blight, was added to the straw mulch. The experimental variants were as follows: straw; straw + F. graminearum; straw + F. graminearum + 10 % (of straw mass) BAGS. Composting was carried out at 22-26 °C and constant moisture of 75-78 %. At the initial time point and after 30 and 68 days, high-throughput sequencing of ITS amplicon libraries (eukaryotes) was performed. Differences between the obtained microbiomes were assessed by analyzing alpha (within-sample) and beta diversity (between samples). Alpha diversity assessment included determination of the total number of ASVs (Observed ASVs), Shannon index, Simpson index (Simpson = 1 - D), and Chao1 (an indicator of species richness). Visualization of beta diversity was performed using Principal Coordinate Analysis (PCoA) based on Bray-Curtis distance. The search for taxa with significantly changed abundance in pairwise comparisons was conducted using the DeSEQ2 package. The main factor explaining the largest part of the variability in microbiome structure according to beta diversity analysis (more than 22 % of explained variation) was the duration of the experiment, i.e., the stage of straw decomposition. A decrease in the proportion of Basidiomycota was observed due to the disappearance of yeast and epiphytic forms (Vishniacozyma, Dioszegia, Wallemia) relative to ascomycetes in all variants, from 50-53 % at the initial time point to 0.8-0 % after 30 and 68 days, reflecting a transition from epiphytic mycobiota to saprotrophic decomposers of organic matter. The Fusarium complex of the mulch proved to be very rich and included at least 11 taxa belonging to the genus Fusarium, while high-throughput sequencing results allowed clear distinction of the introduced phytopathogen from other representatives of the genus. A decrease in the abundance of the introduced phytopathogenic strain was noted in the variant with BAGS compared to straw inoculated with the pathogen, both after 30 and 68 days, by factors of 3.9 and 3.3, respectively. The introduced phytopathogen was capable of persisting for a sufficiently long time (68 days) in straw mulch, especially in the variant without treatment with the biological preparation. Significant changes in the structure of the fungal community observed under the influence of BAGS occurred due to redistribution of taxa abundance rather than changes in diversity. The effect of the biological product on fungal taxa was not selective, as stimulation was observed for both Humicola (cellulolytic fungi that promote soil fertility) and plant pathogens of the genus Phialophora.
Keywords: Fusarium graminearum, oat straw, mulch, high-throughput sequencing, micromycete succession, BAGS biopreparation.
ФГБНУ Всероссийский НИИ сельскохозяйственной |
Поступила в редакцию Принята к публикации |
