Способ повышения супрессивной активности субстратов для злаковых зерновых культур в условиях закрытых экосистем Российский патент 2025 года по МПК C05F17/20 A01N63/27 A01G22/20 

Изобретение относится к созданию средств защиты растений, а именно злаковых зерновых культур от фитопатогенных грибов, таких как Fusarium, Aspergillus, Penicillium и других. Средство защиты содержит живые микроорганизмы, а именно бактерии Pseudomonas extremorientalis, способные обеспечивать защиту от фитопатогенных грибов при выращивании злаковых зерновых культур. Изобретение также может быть использовано в качестве элементов при разработке замкнутых космических оранжерей для международных космических станций, для создания моделей экологически устойчивых биологических систем с целью оценки влияния различных загрязнителей окружающей среды и климатических изменений на отдельные элементы биоценоза (растения, микроорганизмы и т.д.) или биоценоза в целом.

Известно из доклада авторов: Н. В. Безлер, М. Ю. Петюренко Перспективы использования аборигенных штаммов бактерий рода Pseudomonas в агроценозе сахарной свёклы / Материалы докладов участников 9-ой научно-практической конференции «Анапа-2016», под ред. акад. РАН В. Г. Сычева. – М.: ВНИИА, 2016. – С. 25–27 [1], что сотрудниками НИИ сахарной свеклы и сахара имени А. Л. Мазлумова удалось выделить с корней сахарной свеклы штамм бактерии Pseudomonas fluorescens 116. Выделенный штамм с титром 10¹⁰ КОЕ/мл вносили в чернозем, выщелоченный среднегумусный под предпосевную культивацию в виде водной суспензии в количестве 200 л/га. В опыте использовали семена сахарной свеклы диплоидного гибрида РМС 120. Благодаря сохранению бактерий в почве и фиксации ими легкодоступного азота произошло увеличение урожайности сахарной свеклы. Использование аборигенного штамма рода Pseudomonas, целесообразно при выращивании сахарной свеклы.

Недостатком известного изобретения является то, что авторы использовали достаточно высокий титр микроорганизмов для предпосевного внесения в почву.

Известно из статьи Князевой И. В., Вершининой О. В., Титенкова А. В. Влияние бактериальной инокуляции на биохимические показатели китайской капусты в условиях регулируемой агроэкосистемы // Аграрный вестник Урала. 2023. № 08 (237). С. 59‒67. DOI: 10.32417/1997-4868-2023-237-08-59-67 [2], что авторы изучали эффективность применения прикорневой инокуляции бактерий Bacillus cereus на улучшение вегетативного роста и нутрицевтических качеств растений китайской капусты пак-чой, выращенных методом гидропоники в условиях регулируемой агроэкосистемы. Бактериальную инокуляцию проводили экзогенно один раз за вегетационный период на ранних стадиях развития растений пак-чой (формирования 3–4 настоящих листьев). В прикорневую часть растений вводили суспензию B. cereus в концентрации 10³ КОЕ 5 мл/растение. Контролем служили растения без инокуляции. На формирование основных морфо-биометрических показателей (сырая, сухая масса, длина побега и количество листьев) растений инокуляция бактериями не оказала существенного влияния. Все полученные значения находились на уровне контроля. Растения пак-чой, инокулированные бактериями, показали значительное увеличение концентрации минеральных элементов (K, S и P), аминокислот (пролина, фенилаланина, валина, гистидина и лизина) и витаминов (аскорбиновой кислоты и холина).

Недостатком известного изобретения является то, что применение бактерий не влияло на увеличение морфометрических показателей растений и не увеличивало урожайность.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению оказался стабильный при хранении предварительно приготовленный состав для защиты растений от фитопатогенного грибка и способ защиты растений от фитопатогенного грибка, известный из патента РФ № 2126209, опубл. 20.02.1999 [3].

Способ, предложенный данным изобретением, предполагает нанесение на растения фунгицидно-активного количества состава, содержащего в качестве одного компонента эндоспоры Bacillus subtilis с равномерно с ним смешанным, по крайней мере, еще одним химическим фунгицидным компонентом. Хотя состав может наноситься на любую часть растения, также листву, однако он наиболее эффективен для обработки семян. Метод распространяется на все агрономические и овощные культуры, как хлопок, арахис или бобы. Способ предусматривает обработку составом части растения, например, корень. По сути это полив составом под корень растения.

Недостатком известного изобретения является то, что используемый состав содержит кроме активного биоагента (споры бацилл) химический фунгицид, вызывающий опасения для экологической ситуации в почве. Также известное изобретение нельзя использовать при выращивании злаковых зерновых культур.

Технической задачей предлагаемого изобретения является разработка способа повышения супрессивной активности субстратов для злаковых зерновых культур, выращиваемых в условиях закрытых экосистем.

Техническим результатом изобретения является увеличение супрессивной активности субстрата по отношению к возбудителям корневых гнилей у злаковых зерновых культур.

Указанный технический результат достигается тем, что способ повышения супрессивной активности субстратов для злаковых зерновых культур, выращиваемых в условиях закрытых экосистем, характеризуется тем, что в субстрат, содержащий 90 масс. % раскисленного увлажненного верхового торфа и 10 масс. % свежего навоза крупного рогатого скота интродуцируют бактериальную культуру P. extremorientalis, выделенную из копролитов дождевых червей, с начальным титром 1-5×10⁹ КОЕ/мл, из расчета 50-60 мл/кг субстрата, при этом злаковые зерновые культуры выращивают в климатической камере при интенсивности освещения 10 клк, источник света – люминесцентные лампы с белым теплым светом, 16-часовом фотопериоде, при 20…21 °С - дневные температуры и 18…19 °С - ночные температуры. При этом субстрат увлажняют до влажности 80-85 %.

Раскрытие сущности изобретения.

Борьба с фитопатогенными грибами - важная экономическая задача. Фитопатогенные грибы наносят экономический ущерб, уменьшая количество и снижая качество урожая злаковых сельскохозяйственных культур.

Изобретение может применяться в тепличных комбинатах, производящих растительную продукцию в регионах Крайнего Севера России. Качество продукции растениеводства, а именно злаковых сельскохозяйственных культур, полученной на почво-подобных субстратах, выгодно отличается от полученной в гидропонных и аэропонных установках, поскольку содержит больше витаминов и других биологически-активных веществ (БАВ).

Предлагаемый способ предполагает использование бактерий, выделенных из копролитов дождевых червей для внесения в субстрат для увеличения его супрессивной активности по отношению к возбудителям корневых гнилей у злаковых сельскохозяйственных культур. Выделенный штамм бактерий относится к роду Pseudomonas. Псевдомонады широко используются в сельскохозяйственной практике. Использование видов псевдомонад обусловлено их свойствами, включающими прямое стимулирование роста растений (продуцирование индолил-уксусной кислоты); улучшение фосфорного питания за счет продуцирования органических кислот и растворения труднорастворимых фосфатов; способность к азотфиксации; синтезирование сидерофоров и антибиотиков; индукция резистентности к фитопатогенам.

Субстрат содержит увлажненный верховой торф (90 % по массе) и свежий навоз КРС (10 %) именно в этой пропорции, поскольку уменьшение доли навоза недостаточно для питания злаковых зерновых растений, а увеличение доли навоза приводит к таким негативным процессам, как угнетение роста растений.

Внесение бактериальной культуры Pseudomonas extremorientalis с начальным титром 1-5×10⁹ КОЕ/мл из расчета 50-60 мл/кг субстрата, необходимо и достаточно для достижения технического результата. Внесение меньшего количества или культуры с меньшим начальным титром недостаточно для увеличения супрессивной активности субстрата. Увеличение количества и титра бактериальной культуры экономически не целесообразно, поскольку идет удорожание применяемых материалов.

Пример 1

Субстрат готовили путем смешивания раскисленного увлажненного верхового торфа (90 % по массе) и свежего навоза КРС (10 %). В течение недели субстраты перемешивали и увлажняли при необходимости (по массе) до влажности 80-85 %. После этого субстраты раскладывали по контейнерам. В субстраты интродуцировали бактериальную культуру Pseudomonas extremorientalis с начальным титром 1-5×10⁹ КОЕ/мл из расчета 50-60 мл/кг субстрата. Бактерии интродуцировали непосредственно в корнеобитаемую зону. Высаживали предварительно проросшие семена сельскохозяйственных культур с обязательным наличием здорового проростка.

Эксперименты с растениями проводили в климатической камере в заданных контролируемых условиях, оптимальных для выращивания использованной культуры.

Эксперименты с пшеницей проведены в климатической камере при интенсивности освещения – 10 кЛк, источник света – люминесцентные лампы (белый теплый свет), 16-часовой фотопериод при 20…21 °С (дневные температуры) и 18…19 °С (ночные температуры). Продолжительность экспериментов – 35 суток. Пораженность возбудителями корневых гнилей проростков пшеницы сорта Ирень в присутствии бактерий значительно меньше, чем в контрольном варианте.

Как видно из таблицы 1, в случае инокуляции грунтов бактериями отмечается снижение распространенности корневыми гнилями и интенсивности поражения корневых гнилей у растений пшеницы в 1,5–2,5 раза относительно контроля.

Таблица 1 – Показатели пораженности проростков пшеницы сорта Ирень возбудителями корневых гнилей в разных вариантах эксперимента (M±95 % CI)

Вариант Распространенность, % Интенсивность поражения, балл Индекс развития, % Контроль 53,7±10,9 2,0 27,0 P. extremorientalis 32,0±10,2 * 1,8 14,0 Примечание – * – статистическая значимость отличий от контроля (p < 0,05).

В результате проведенных исследований, отмечено, что интродукция бактерий в зону ризосферы пшеницы оказало благоприятное влияние на развитие растений (таблица 2).

Таблица 2 – Биометрические показатели растений пшеницы сорта Ирень в разных вариантах эксперимента

Вариант Высота растения, см Масса сырая, г Масса сухая, г Контроль 24,42±0,76 0,23±0,01 0,05±0,01 P. extremorientalis 29,60±0,82 0,27±0,06 0,06±0,01

Анализ содержания в листьях пшеницы азота, фосфора и калия показал большие значения содержания азота, фосфора и калия в варианте с интродукцией бактерий в субстрат.

Таблица 3 – Содержание в биомассе растений пшеницы сорта Ирень основных биогенных элементов 

Вариант Содержание элементов, % Общий азот Общий фосфор Общий калий Контроль 0,93±0,04 0,64±0,04 2,13±0,19 P. extremorientalis 0,98±0,08 0,73±0,06 2,30±0,17

Пример 2.

В субстрат, полученный по примеру 1 вносили бактериальную культуру как в примере 1. Высаживали семена овса сорта Нарымский 943.

Эксперименты с растениями проводили в климатической камере в заданных контролируемых условиях, оптимальных для выращивания овса, аналогичных примеру 1.

Как видно из таблицы 4, в случае инокуляции грунтов бактериями отмечается снижение распространенности корневыми гнилями у растений овса в 2,5–2,9 раз относительно контроля.

Таблица 4 – Показатели пораженности проростков овса сорта Нарымский 943 возбудителями корневых гнилей в разных вариантах эксперимента (M±95 % CI)

Вариант Распространенность, % Интенсивность поражения, балл Индекс развития, % Контроль 15,1±1,43 1,2 7,2 P. extremorientalis 5,4±0,4 * 0,5 0,1 Примечание – * – статистическая значимость отличий от контроля (p < 0,05).

Изобретение относится к созданию средств защиты растений, а именно злаковых зерновых культур от фитопатогенных грибов, таких как Fusarium, Aspergillus, Penicillium и других. Способ повышения супрессивной активности субстратов для злаковых зерновых культур, выращиваемых в условиях закрытых экосистем, заключается в том, что в субстрат, содержащий 90 масс. % раскисленного увлажненного верхового торфа и 10 масс. % свежего навоза крупного рогатого скота, интродуцируют бактериальную культуру P. extremorientalis, выделенную из копролитов дождевых червей, с начальным титром 1-5×10⁹ КОЕ/мл, из расчета 50-60 мл/кг субстрата. Злаковые зерновые культуры выращивают в климатической камере при интенсивности освещения 10 клк, источник света - люминесцентные лампы с белым теплым светом, 16-часовом фотопериоде, при 20-21 °С - дневные температуры и 18-19 °С - ночные температуры. Техническим результатом является увеличение супрессивной активности субстрата по отношению к возбудителям корневых гнилей у злаковых зерновых культур. 1 з.п. ф-лы, 4 табл.

1. Способ повышения супрессивной активности субстратов для злаковых зерновых культур, выращиваемых в условиях закрытых экосистем, характеризующийся тем, что в субстрат, содержащий 90 масс. % раскисленного увлажненного верхового торфа и 10 масс. % свежего навоза крупного рогатого скота, интродуцируют бактериальную культуру P. extremorientalis, выделенную из копролитов дождевых червей, с начальным титром 1-5×10⁹ КОЕ/мл, из расчета 50-60 мл/кг субстрата, при этом злаковые зерновые культуры выращивают в климатической камере при интенсивности освещения 10 клк, источник света - люминесцентные лампы с белым теплым светом, 16-часовом фотопериоде, при 20-21 °С - дневные температуры и 18-19 °С - ночные температуры.

2. Способ по п.1, характеризующийся тем, что субстрат увлажняют до влажности 80-85 %.