Использование микроводорослей в сельском хозяйстве является альтернативной мерой, которая может быть весьма полезной для растений. Было исследовано применение микроводоросли Chlorella vulgaris S45 и ее влияние на рост растений и содержание пигментов в швейцарском мангольде. При обработке растений и почвы распыляли 5%-ную и 10%-ную взвесь водорослей соответственно. C. vulgaris S45 положительно влиял на начальный рост мангольда и содержание фотосинтетических пигментов. Корреляционный анализ доказал существование статистически значимой взаимозависимости между содержанием хлорофилла a (Chl a) и количеством листьев (r = 0,876 при p < 0,05), а также содержанием хлорофилла b (Chl b) и массой свежих листьев (r = 0,783 при p < 0,05).
Одной из задач современного сельского хозяйства является устойчивая организация производства, применение всех доступных фермерам средств для минимизации негативного воздействия агрохимикатов на растения и почву. Микробиологические препараты, содержащие эффективные микроорганизмы (ЭМ), обладающие свойствами биоудобрения или биостимулятора, могут стать альтернативой химическим веществам, используемым в сельском хозяйстве. ЭМ приписывают множество положительных эффектов. Сообщалось о стимулировании роста растений (Ku et al., 2018) и улучшении качества растений (Khalid et al., 2017). В последние годы микроводорослям и их положительному воздействию на растения уделяется все больше внимания из-за их многофункциональности. Виды зеленых водорослей (Chlorella vulgaris, Chlorella sorokiniana и Chlorella pyredoinosa) являются богатыми источниками белков, липидов, углеводов, пигментов и других метаболитов, обладающих различными антимикробными, антиоксидантными и противоопухолевыми свойствами (Panahi et al., 2019). Кроме того, микроводоросли используются в качестве корма для животных и продуктов питания для людей. Применение зеленых водорослей в производстве овощей также хорошо задокументировано (Hajnal-Jafari et al., 2016; Kim et al., 2018). Живые клетки водорослей или клеточные экстракты применяются в основном для внесения в почву, но также при протравливании семян или опрыскивании листьев (Barone et al., 2018). При облиственном внесении на поверхности растений образуется тонкая водорослевая биопленка, которая ускоряет усвоение питательных веществ, уменьшает суммарное испарение и обеспечивает дополнительную защиту от патогенных микроорганизмов и паразитов (Ortiz-Moreno et al., 2019). Швейцарский мангольд (Beta vulgaris L. subsp. cicla) — листовой овощ, очень богатый витаминами К, А и С, а также жирными кислотами, фосфолипидами, гликолипидами, полисахаридами, аскорбиновой кислотой, фолиевой кислотой, пектинами, сапонинами, флавоноидами, фенольными кислотами и беталаинами (Gao et al., 2009). Листья мангольда содержат большое количество фотосинтетических пигментов, таких как хлорофиллы и каротиноиды. Их содержание в растении может быть увеличено с помощью различных методов ведения сельского хозяйства (Barickman and Kopsell, 2016). Хотя несколько исследований были посвящены изучению применения ЭМ в швейцарском мангольде (Daiss et al., 2008; Mouhamad et al. 2017), нет никакой информации об использовании зеленых микроводорослей при производстве швейцарского мангольда для повышения урожайности и/или качества. Поэтому целью данного исследования было изучение применения микроводоросли C. vulgaris и ее влияния на начальный рост растений и содержание фотосинтетических пигментов в листьях швейцарского мангольда.
В исследовании использовали микроводоросль C. vulgaris S45 (Коллекция водорослей, сельскохозяйственный факультет Университета Нови-Сада, Сербия), выделенную из почвы (Воеводина, Сербия). Его культивировали в жидкой среде BG11 (1,5 г NaNO3, 0,04 г K2HPO4, 0,075 г MgSO4 · 7H2O, 0,036 г CaCl2·2H2O, 0,006 г лимонной кислоты, 0,006 г цитрата трехвалентного аммония, 0,001 г ЭДТА, 0,02 г Na2CO3 и 1 мл раствора микроэлементов) при 24°C на орбитальной встряхивайте (90 оборотов в минуту) под двумя холодными белыми лампами (2 × 950 лм) при фотопериоде 12 часов светло/12 часов темно в течение двух недель. Для подготовки препаратов для экспериментов по проращиванию семян и удобрению растений использовали культуру водорослей, содержащую 14 × 106 КОЕ/мл. Обработку проводили следующим образом: 1) контроль (среда BG11 без водорослей – 10%-ный водный раствор); 2) 5%-ная суспензия водорослей (наносилась путем опрыскивания растений); 3) 10%-ная суспензия водорослей (наносилась путем опрыскивание растений); 4) 10%-ная (в/в) водорослевая суспензия (вносится в почву).
Рассаду швейцарского мангольда выращивали на смеси перегной/песок (3:1) в контролируемых условиях при комнатной температуре (25 ±2°C) и естественном дневном освещении в течение двух недель. Рассаду пересадили в горшки (800 мл) с той же смесью перегноя и песка (3:1). Каждая обработка включала четыре повторения. Первое внесение микроводорослей было произведено через неделю после пересадки рассады в соответствии со схемой эксперимента. Вторую обработку проводили через 30 дней. Каждый раз на растения опрыскивали или добавляли в почву по 15 мл инокулята водорослей. Через семь дней после второго применения был собран растительный материал для количественного определения пигментов. Подсчитывали и измеряли количество листьев, длину и вес листа (стебля + листовой пластинки), длину и вес корня. Содержание хлорофилла a (Chl a), хлорофилла b (Chl b) и каротиноидов в листьях рассчитывали в соответствии с von Wettstein (1957). Образцы растений (0,2 г) измельчали с 25 мл 80%-ного ацетона в сочетании с 0,1%-ным раствором CaCO3 для предотвращения активности хлорофиллазы. После измельчения образцы фильтровали и конечный объем (25 мл) переливали в мерные пробирки. Оптическую плотность измеряли при 662, 644 и 440 нм, соответственно, по данным фон Веттштейна (1957) и Холма (1954) (спектрофотометр Unicam SP600 серии 2, Кембридж, Англия). Концентрации пигментов были рассчитаны с использованием следующей формулы фон Веттштейна: Chl a = 9,784 × A662 – 0,99 × A644, Chl b = 21,426 × A644 – 4,65 × A662; Каротиноиды = 4,695 × A440 – 0,268 × (Chl a + b). Концентрацию пигментов выражали в мг/г массы свежих листьев по следующей формуле: мг/г = (мг/л × разведение) / (масса образца × 1000 г). Все анализы проводили в трех экземплярах. Для статистического анализа использовалось программное обеспечение Statistica версии 13.3 (TIBCO Software Inc.). Для сравнения результатов между методами лечения были проведены тест на наименьшую значимую разницу (Fisher LSD) и корреляционный анализ Спирмена.
Внекорневая обработка и внесение в почву C. vulgaris S45 повлияли на начальные параметры роста мангольда (таблица I). Количество листьев на растении увеличилось как при внекорневой обработке, так и при обработке с внесением в почву по сравнению с контролем. Наибольшее количество листьев было получено после обработки 10%-ной суспензией, нанесенной по листьям. Длина и масса листьев также значительно различались при обработке с применением водорослей. Наибольшая длина листьев была получена при внесении C. vulgaris S45 в почву. Привитые растения имели более крупные корни и увеличенный вес. Обработка существенно не повлияла на длину корней.
Наилучшие результаты были достигнуты при обработке, когда C. vulgaris S45 наносился послойно, особенно после использования 10%-ной суспензии водорослей. Микроводоросли содержат различные питательные вещества; они вырабатывают вторичные метаболиты, такие как гормоны, ферменты, витамины и/или пигменты, которые могут привести к значительному увеличению параметров роста культуры, количества урожая и его качества. При внекорневом опрыскивании растения обычно реагируют быстрее, поскольку поглощение и перемещение питательных веществ и растворенных веществ в почве происходит быстрее. Наши результаты согласуются с результатами Диаса и др. (2016), которые обнаружили положительный эффект продуктов из микроводорослей (Spirulina platensis), наносимых на листья баклажанов. Подкормка томатов Nannochloris sp. 424 приводит к лучшему развитию и росту растений (Oancea et al., 2013). Авторы обнаружили увеличение высоты растений более чем на 10% по сравнению с контролем, а также лучшее развитие длины корней (108,08% от контроля), количества листьев (120,31% от контроля) и площади листьев (105,16% от контроля). Масса свежего салата-латука увеличилась на 56,34% после внекорневой обработки C. vulgaris (Hajnal-Jafari et al., 2016).
Внесение в почву C. vulgaris S45 положительно сказалось на длине листьев (24,76 см) и массе свежих листьев (11,33 г/растение), а также на длине корней (8,46 см) и массе свежих корней (0,33 г/растение), хотя увеличение не было статистически значимым. Микроводоросли в качестве почвенных добавок могут способствовать питанию растений, что, в свою очередь, усиливает все физиологические реакции, ведущие к усиленному росту (Faheed and Fattah, 2008). При выращивании овощных культур, таких как мангольд, внесение микроводорослей имеет особое значение, поскольку растения переживают очень стрессовый период. Корневая система после пересадки должна быть обеспечена достаточным запасом питательных веществ для того, чтобы развитие растения протекало нормально. Бароне и др. (2019) обнаружили, что обработка почвы C. vulgaris и их экстрактом повышает ферментативную активность почвы, а также рост растений томатов в обработанной почве. Внесение биомассы Acutodesmus dimorphus в почву (50 и 100 г сухой биомассы на 28-сантиметровый горшок) на рассаду томатов за три недели до пересадки привело к ускорению роста растений (увеличению количества веток и цветков) по сравнению с контролем, который не подвергался обработке (Garcia-Gonzalez and Sommerfeld, 2016).
Содержание растительных пигментов является важным показателем качества, который оказывает большое влияние на выбор потребителей. На накопление хлорофиллов и каротиноидов влияют не только физиологические, биохимические и генетические особенности растений, но и факторы окружающей среды, такие как освещенность, температура и внесение удобрений (Barickman et al., 2016). Применение свежих клеток микроводорослей увеличило пигментацию (содержание хлоридов а, хлоридов в и каротиноидов) в швейцарском мангольде. Результаты этого исследования согласуются с результатами других исследований, связанных с применением биостимуляторов и накоплением пигментов в томатах и арбузах (Abdel-Mowgoud et al., 2010; Djuric et al., 2014). Коппенс и соавт. (2016) зафиксировали повышенную концентрацию каротиноидов в плодах томатов, обработанных сухой биомассой Nannochloropsis spp., Ulothrix spp. и Klebsormidium spp. Замачивание семян и обработка растений различными микробными консорциумами, содержащими водоросли, привели к повышенному накоплению хлорофиллов и каротиноидов в растениях (Dineshkumar et al., 2018). Улучшенная фотосинтетическая активность привела к повышению качества урожая. Стимуляция биосинтеза хлорофилла и каротиноидов была связана с усилением роста растений в ходе исследования, проведенного на латуке, привитом C. vulgaris (Фахид и Фаттах, 2008). Корреляционный анализ показал, что более высокое содержание пигмента может положительно влиять на рост растений и формирование конечного урожая. Высокая взаимозависимость между содержанием хлорофилла в хлопке и показателями урожайности была также выявлена в исследовании, проведенном Boggs et al. (2003). Блэкмер и Шеперс (1995) также обнаружили более высокую корреляцию между содержанием хлорофилла и урожайностью зерна кукурузы на более поздней стадии развития. С другой стороны, Гюлер и Озцелик (Güler and Özcelik, 2007) утверждали, что более низкое содержание хлорофилла в листьях на ранней стадии развития сухих бобов (через 38 дней после появления всходов) не означает, что конечный урожай может быть ниже.
В заключение, результаты показали, что C. vulgaris S45 можно использовать в качестве альтернативного удобрения для внекорневой подкормки, которое может усилить рост мангольда, особенно после применения 10%-ной взвеси водорослей. Применение соответствующей рецептуры микроводорослей может стать важной мерой для достижения более устойчивого и экологичного производства продуктов питания.
