close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

Шишкин Александр Сергеевич. Анализ многообразия и активности микрофлоры ризосферы и ризопланы проса в зависимости от кислотности почвы

код для вставки
2
3
4
5
6
7
8
9
10
АННОТАЦИЯ
Выпускной квалификационной работы
Шишкина Александра Сергеевича
Тема: АНАЛИЗ МНОГООБРАЗИЯ И АКТИВНОСТИ
МИКРОФЛОРЫ РИЗОСФЕРЫ И РИЗОПЛАНЫ ПРОСА В
ЗАВИСИМОСТИ ОТ КИСЛОТНОСТИ ПОЧВЫ
Руководитель: к. б. н., доц. Цуцупа Татьяна Анатольевна
Актуальность. В настоящее время проведено множество исследований,
доказывающих положительный эффект ризосферной микрофлоры в жизни
растений.
Однако,
сведения
о
составе,
численности
и
активности
микроорганизмов в прикорневой зоне зерновых в разные фазы их вегетации
отрывочны и носят разобщенный характер. Кроме того, не всегда учитываются
сравнительные показатели при выращивании растений на различных по составу и
кислотности почвы. Это могло бы дать дополнительные сведения при внесении
конкретных удобрений или микроорганизмов в почву для лучшего роста и
развития растений. В связи с чем, исследования в этой области становятся весьма
актуальными.
Цель работы состояла в изучении состава микроорганизмов ризосферы и
ризопланы растений проса обыкновенного (Panicum miliaceum L.), сорт
«Спутник», на всех этапах его развития с учетом кислотности почвы .
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
1.
Выявить состав микроорганизмов ризопланы и ризосферы просо
обыкновенного
2.
Определить
влияние
кислотности
почвы
на
качественное и
количественное содержание микроорганизмов
3.
Провести систематический анализ микроорганизмов, населяющих
прикорневую зону проса обыкновенного.
Предмет исследования: ризоплана и ризосфера проса обыкновенного
(Panicum miliaceum L.), сорт «Спутник».
11
Объект исследования: микроорганизмы, населяющие прикорневую зону
проса обыкновенного (Panicum miliaceum L.).
Научная новизна: при изучении ризосферы и ризопланы проса
обыкновенного
рассматривались
вопросы
многообразия,
численности
и
активности микроорганизмов в зависимости от кислотности почвы.
Ожидаемые результаты: полученные результаты могут найти применение
при решении задач по введению микроорганизмов в ризоплану и ризосферу
растений, для улучшения качества почвы и активизации роста растений.
Структура и объем работы. Выпускная квалификационная работа
состоит из введения, пяти глав, заключения, выводов, списка литературы.
Общее количство страниц 48. Содержит 3 диаграммы и 7 таблиц. Список
литературы состоит из 19 наименований.
12
Содержание
Введение ...................................................................................................................... 8
Литературный обзор
Глава 1. Почвенные микробные сообщества и их роль в жизни растения. 16
1.1. Роль микроорганизмов в жизни растений ....................................................... 16
1.2. Роль растений в жизни микроорганизмов ....................................................... 17
1.3. Понятие ризосферы и ризопланы ..................................................................... 18
1.3.1. Характеристика ризосферы ............................................................................ 18
1.2.2. Характеристика ризопланы ............................................................................ 21
1.3. Ризосферная микрофлора .................................................................................. 24
Практическая часть................................................................................................ 30
Глава 2. Материал и методика исследования ................................................... 30
Глава 3. ХАРАКТЕРИСТИКА МИКРОБНОГО СООБЩЕСТВА
РИЗОСФЕРЫ PANICUM MILIACEUM L. ........................................................ 34
Глава 4. ХАРАКТЕРИСТИКА МИКРОБНОГО СООБЩЕСТВА
РИЗОПЛАНЫ PANICUM MILIACEUM L. ....................................................... 36
Глава 5. Влияние кислотности почвы на состав микрофлоры ризосферы и
ризопланы PANICUM MILIACEUM L. .............................................................. 37
5.1 Общее микробное число в зависимости от кислотности почвы .................... 37
5.2 Частота встречаемости микроорганизмов определенных видов в ризоплане и
ризосфере просо ........................................................................................................ 39
Выводы ...................................................................................................................... 50
Список литературы ................................................................................................ 52
13
Введение
Многочисленные исследования микробного населения ризосферы и
ризопланы различных растений свидетельствуют о сложных и многообразных
взаимоотношениях между растениями и почвенными микроорганизмами
(Чудинова, Наплекова, 2009, с. 17; Алесина, 2010, с. 6; Алесина, Снисаренко, 2010,
с. 43; Гажеева и др., 2011, с 328; Артамонова М.Н. и др., 2013, с. 3068). Здесь
выявлены и отрицательное, и положительное влияние организмов друг на друга.
Особого внимания заслуживают микроорганизмы, обитающие в корневой зоне
растений – ризосфере и ризоплане, где обитает достаточно большое количество
бактерий, питающихся отходами растений, а также их прижизненными
выделениями (аминокислотами, белками, сахарами и др.). Благодаря этому
именно здесь макро- и микроэлементы активно вовлекаются в биологические
круговороты веществ.
Важное значение среди микроорганизмов имеют азотофиксирующие
бактерии и, в частности, азотобактер (Azotobacter). Источником азота для них
служат нитриты и нитраты, соли аммония и аминокислоты, а также молекулярный
азот. Эти бактерии синтезируют вещества, способные ускорить не только рост
растений, но и усилить деятельность других почвенных микроорганизмов
(Боронин АМ, 1998, с. 26-27).
Качественный и количественный состав почвенных микроорганизмов
зависит от конкретных факторов, воздействующих на почву: влажность,
химический состав, способ обработки и др (Алесина, Снисаренко, с. 40-43). Так
выявлено, что наиболее активно азотобактер развивается в почве с наличием в ней
свежих органических остатков. При этом, отмечена его чувствительность к
кислотности почвы. Кислая среда действует на него неблагоприятно. Но хорошего
развития азотофиксирующие бактерии получают при наличии в среде фосфора и
кальция. Эта их особенность используется для определения в среде дефицита
данных элементов и проведения мероприятий по известкованию почв.
Немаловажное значение в формировании бактериальных компонентов ризосферы
и ризопланы играют такие процессы как формирование жизненных форм и фазы
14
вегетации растений (Алесина, 2010 (1), Гажеева и др., 2011, Артамонова и др.,
2013). Ассоциации клубеньковых и ассоциативных азотофиксирующих бактерий
в
прикорневой
азотофиксации,
зоне
растений
обеспечивают
на
основе
которой
интенсивные
повышается
процессы
урожайность
сельскохозяйственных культур.
Актуальность. В настоящее время проведено множество исследований,
доказывающих положительный эффект ризосферной микрофлоры в жизни
растений.
Однако,
сведения
о
составе,
численности
и
активности
микроорганизмов в прикорневой зоне зерновых в разные фазы их вегетации
отрывочны и носят разобщенный характер. Кроме того, не всегда учитываются
сравнительные показатели при выращивании растений на различных по составу и
кислотности почвы. Это могло бы дать дополнительные сведения при внесении
конкретных удобрений или микроорганизмов в почву для лучшего роста и
развития растений. В связи с чем, исследования в этой области становятся весьма
актуальными.
Цель работы состояла в изучении состава микроорганизмов ризосферы и
ризопланы растений проса обыкновенного (Panicum miliaceum L.), сорт
«Спутник», на всех этапах его развития с учетом кислотности почвы .
Для достижения цели были поставлены следующие задачи:
1. Выявить состав микроорганизмов ризопланы и ризосферы просо
обыкновенного
2.
Определить
влияние
кислотности
почвы
на
качественное
и
количественное содержание микроорганизмов
3. Провести систематический анализ микроорганизмов, населяющих
прикорневую зону проса обыкновенного.
Предмет исследования: ризоплана и ризосфера проса обыкновенного
(Panicum miliaceum L.), сорт «Спутник».
Объект исследования: микроорганизмы, населяющие прикорневую зону
проса обыкновенного (Panicum miliaceum L.).
15
Научная новизна: при изучении ризосферы и ризопланы проса
обыкновенного
рассматривались
вопросы
многообразия,
численности
и
активности микроорганизмов в зависимости от кислотности почвы.
Ожидаемые результаты: полученные результаты могут найти применение
при решении задач по введению микроорганизмов в ризоплану и ризосферу
растений, для улучшения качества почвы и активизации роста растений.
Апробация работы
1.
В
форме
МИКРООРГАНИЗМОВ
статьи
(Цуцупа
РИЗОПЛАНЫ
Т.А.,
И
Шишкин
А.С.
СОСТАВ
РИЗОСФЕРЫ
ПРОСА
ОБЫКНОВЕННОГО (PANICUM MILIACEUM L.) НА РАННИХ ЭТАПАХ ЕГО
РАЗВИТИЯ. Сборник статей. Под ред. Пузиной Т.И. Орел, 2017. – 579 с.
2. Выступление с докладом на конференции (Всероссийская научная
конференция с международным участием IV чтения, посвященные памяти
профессора Ефремова Степана Ивановича «Современные аспекты структурнофункциональной биологии растений: от молекул до экосистем» 28.09.2017 г.
3. На ежегодной научной конференции "Неделя науки - 2018" в Орловском
государственном университете имени И.С. Тургенева, выступление с докладом;
16
Глава 1. Почвенные микробные сообщества и их роль в жизни растения.
1.1. Роль микроорганизмов в жизни растений
Роль микроорганизмов в жизни растений связана, как с положительным, так
и отрицательным влиянием на растения. Вся их деятельность связана с
образование почвы, т.к. здесь можно наблюдать такие процессы как разложение и
минерализацию органических веществ и, в частности, растительных остатков.
При этом они активно участвуют в круговороте различных минеральных
элементов, используемых растениями для своего роста, выделении газов в
атмосферу, в том числе и СО2 (Шильникова, 2006, с. 73-136). Таким образом
микроорганизмы в жизни растений выполняют функцию средообразования и
общего питания.
Немаловажную роль играют бактерии в превращении азота, вовлекая его в
биогенные циклы. Среди наиболее изученных азотофиксаторов можно назвать
представителей родов Rhizobium, Bradyrhizobium, Azospirillum, Azotobacter.
Первые три из них обсеменяют корни растений и входят в азотофиксирующий
симбиоз, Azotobacter обитает в почве и способен переводить газообразный азот, в
результате процесса азотфиксации, в растворимую форму, доступную для
усваивания растениями.
К ризосферным организмам относятся не только бактерии, но и грибы,
которые, вступая в симбиоз с растениями, образуют микоризу на их корнях. Роль
грибов в жизни растений связана с обеспечением последних водными растворами
минеральных элементов, в частности фосфором.
Ризосферные микроорганизмы могут оказывать и прямое защитное
действие одних растений относительно других. Кроме того, в зоне корня
различных растений отмечаются определенные перегруппировки отдельных
микроорганизмов. Их количественный и качественный состав зависит от
корневых выделений и органических остатков, имеющих определенные
особенности у конкретных растений. Так клубеньковые бактерии активнее
размножаются в ризосфере бобовых растений. Но Azotobacter лучше развивается
в прикорневой зоне.
17
Ризосферные бактерии рода Pseudomonas (P. putida, P. fluorescens, P.
chlororaphis,
P.
aureofaciens) используются
для
агробиотехнологических
мероприятий, основанных на применении биологических средств как для защиты
растений от фитопатогенных микроорганизмов, так и стимуляции роста и
повышения продуктивности растений. Существует целый ряд бактерий –
стимуляторов роста растений, например гиббереллинов. Защитные свойства
ризосферных бактерий обусловлены синтезом антибиотиков (феназинов,
пирролнитрина,
2,4-диацетилфлороглюцинола,
пиолютеорина
и
др.)
и
сидерофоров, а также обеспечивают устойчивость растений к патогенам
(Смирнов В.В., 1990, с. 240-246). Некоторые штаммы бактерий рода Pseudomonas,
способны защищать растения от заморозков, это особенность основана на
предотвращении кристаллообразования на наземных частях растения при
кратковременном резком понижении температуры. Представители рода Bacillus,
Agrobacterium и Pseudomonas продуцируют биоконтроющие вещества.
Немаловажное значение имеют и негативные влияния микроорганизмов на
растения. Определенные группы бактерий являются паразитами растений.
Некоторые бактерии в переувлажненных почвах способны создавать анаэробиоз,
при этом сульфатредуцирующие бактерии выделяют сероводород, весьма
ядовитый для живых организмов.
1.2. Роль растений в жизни микроорганизмов
Растения
как
источник
органических
веществ
используются
микроорганизмами (и аэробными, и анаэробными) в качестве источника питания
и как паразиты, и как сапрофиты.
В прикорневой зоне растений в процессе их жизнедеятельности корнями
выделяются различные органические соединения (кислоты, сахара, спирты,
аминокислоты и др.). В связи с чем здесь можно встретить довольно большое
разнообразие интенсивно развивающихся микроорганизмов.
На поверхности наземных частей растений – листьях, стеблях, цветках,
плодах и семенах -
складывается своя микрофлора:
Bact. herbicola,
18
молочнокислые и флюоресцирующие бактерии, дрожжи, плесени. Питаются они
теми веществами, которые растения выделяют на поверхность эпидермиса.
Кроме того, на поверхности растения (в надземной и подземной сфере)
складывается целое микробное сообщество. Растения осуществляют физическую
защиту микроорганизмов, а также участвуют в их распространении. Это может
быть связано с физическим переносом бактерий во время роста органов растения:
корни способствуют переносу вглубь почвы, побеги – в надземную сферу.
Растительноядные животные обеспечивают перенос микрофлоры, выделившейся
с экскрементами на поверхность почвы и растений.
Паразитарные
микроорганизмы
нарушают
целостность
покровов,
внедряются в организм и вызывают его заболевание. В почве обитает
сравнительно небольшое число бактерий. В основном это паразиты подземных
органов растений. Большинство же фитопатогенов, оказавшись в почве после
минерализации растительных остатков, быстро гибнет, не выдерживая атак
почвообитающих сапротрофных грибов и бактерий.
1.3. Понятие ризосферы и ризопланы
1.3.1. Характеристика ризосферы
Ризосфера - узкий участок почвы, прилегающий к корням растения. Именно
в эту зону попадают корневые выделения, обеспечивающие питание почвенным
микроорганизмам. Простирается она примерно до 8 мм от корня и отличается
большей плотностью населяющих ее микроорганизмов. Численность их во много
раз превышает количество микробных клеток в окружающем грунте [8, 10, 9, 17].
Почва, не являющаяся частью ризосферы, называется основной почвой. В
ризосфере обитают бактерии, питающиеся отшелушивающимися частями корня,
а также корневыми выделениями - белками и сахарами. Здесь же обнаруживаются
и «ассоциативные», и нейтральные для растений микроорганизмы. Встречаются и
представители
патогенной
микрофлоры.
Микроорганизмы,
оказывающие
положительный эффект на растения, принято называть plant growth – promoting
rhizobacteria (PGPR) [10, 11,]. Кроме того, бактерии ризосферы могут служить
19
пищей многочисленным протистам и нематодам. Таким образом, большая часть
биологических циклов, развитие сапротрофной и паразитарной микрофлоры,
подавление
различных
патологических
процессов
происходят
в
непосредственной близости от корней.
М.Н. Артамонова и Н.И. Потатуркина-Нестерова [7], Т.П. Гажеева и др. [16]
экспериментально показали, что состав микроорганизмов ризосферы меняется в
зависимости от вегетации и сезона, от влажности почвы и климатических условий.
Так в ризосфере Cucurbita pepo L. (тыквы), Triticum aestivum L. (пшеницы),
Hordeum distichon L. (ячменя), Avena sativa L. (овса) было отмечено увеличение
численности микроорганизмов в период цветения и плодоношения. Выявлена
стимулирующая активность бактерий на рост и развитие растений. Например,
активными стимуляторами для проростков льна являются Bacillus vulgaris, B.
agglomeratus, Pseudomonas rubigenosa, P. caudatus [13]/
Усиление роста растений, повышение урожайности и качества продукции
обеспечивают
биологически
активные
вещества,
продуцируемые
микроорганизмами. Экспериментально было доказано, что выделенные штаммы
бактерий из ризосферы одного растения внести в ризосферу растений других
видов, можно добиться более активного роста и устойчивости растений к
некоторым заболеваниям [13].
Например, определенные виды бактерий,
способные активизировать рост растений в ризосфере бобовых, обрабатывали
семена зерновых сельскохозяйственных культур, картофеля и свеклы, что
приводило к усилению роста и устойчивости растений к фитопатогенам.
Определенное
влияние
на
развитие
растений
оказывают
витамины,
аминокислоты, гетероауксины и ферменты, продуцируемые микроорганизмами
[15,9].
Микробы, населяющие ризосферу, проявляют активность при наличие в
почве различных углеводов: маннита, крахмала, лактозы, ксилозы, сорбита.
Последние, в свою очередь, способствуют синтезу продуктов обмена веществ,
стимулирующих рост растений в целом, и проростков в частности [13]/
20
Многочисленными исследованиями установлено, что на поверхности
клеточной стенки бобовых растений имеется белок, на который избирательно
реагируют лишь специфические клубеньковые бактерии. Они присоединяются к
белку,
находящемуся
на
поверхности
корневого
волоска,
с
помощью
липополисахаридов на своей клеточной оболочке. Видимо в ответ на это действие
на клеточной стенке бобового растения появляется «антитело-белок» - лектин. Он
связывает полисахариды оболочки Rhizobium. Это доказывает тождественность
бактериальных и растительных полисахаридов на поверхности клеток, что
объясняет специфичность их связывания.
Таким образом, клубеньковые бактерии способны входить в контакт с
корнями бобовых растений, проникать в их ткани, размножаться там и
формировать клубеньки. Это свойство клубеньковых бактерий называется их
вирулентностью.
Кроме симбиотических азотофиксаторов в ризосфере присутствует целая
армия свободноживущих азотофиксирующих бактерий. Установлено, что для
почв умеренного климата подобные микроорганизмы связывают от 25 до 94 кг/га
азота в год [8, 9, 18]. Было замечено, что активность азотфиксации связана с фазой
развития растений: усиление наблюдается в момента прорастания семян растений,
в период бутонизации и цветения достигает максимума и резко снижается после
уборки урожая [19]. Кроме того, активность несимбиотической азотфиксации
максимальна
в
дневные
часы,
когда
в
прикорневую
зону
активно
транспортируются корневые выделения в виде полисахаридов (глюкоза,
галактоза, галактуроновая кислота, манноза и др.). Тесной связи с растениями эти
бактерии не имеют, но их деятельность значительно влияет на состояние
растений. Например, суточные циклы риса и азотофиксирующих бактерий,
обитающих в ризосфере данных растений, сходны. В результате в почву
поставляется больше связанного азота в фазу активного роста растения, которое
именно в данный период особенно в нем нуждается [14].
Неоднократно указывалась способность микроорганизмов ризосферы
активно вовлекает различные химические элементы в биогенные процессы. В
21
частности - фиксация азота воздуха, перевод его в простые соли, растворение
фосфора и калия. Функция азотофиксации принадлежит представителям родов
Azotobacter, Clostridium, Azospirillum, Beijerinckia, Derxia, и в большей степени
энтеробактериям. В настоящее время к фиксации азота из атмосферы способны
80-90% всех известных бактерий [8].
Растения, в свою очередь, защищают микроорганизмы фитонцидами и
антибиотиками от хищников и патогенов. Также, в ризосфере встречаются и
антагонисты, блокирующие размножение патогенных организмов [9]. Поэтому в
природе растения практически не страдают от корневых гнилей.
По утверждению Н.В. Алесиной [6], влияние микроорганизмов на растения
можно оценить следующими действиями:
1. Контроль за поступлением в корень минеральных элементов из почвы.
2. Синтез фитогормонов.
3. Ингибирование роста растений различными метаболитами.
4. Подавление активности неблагоприятной для растений микробиоты.
5. Стимулирование эндосимбиоза растений и микроорганизмов.
1.2.2. Характеристика ризопланы
Ризоплана
–
это
пространство
поверхности
корня,
заселенное
микроорганизмами (Кожевин, 1992; Экология микроорганизмов, 2004; Емцев,
Мишустин, 2005). Впервые термин «ризоплана» был применен Кларком в 1949г.
Так же как и в ризосфере, в ризоплане отмечается интенсивная микробная
активность, которая напрямую зависит от корневых экссудатов и условий среды.
Было отмечено, что в ризоплане слабо размножаются целлюлозоразлагающие
микроорганизмы, актиномицеты и грибы, численность которых в несколько раз
превышает таковых в ризосфере (Снисаренко, Алесина, 2014). Увеличение же
численности целлюлозоразлагающих микроорганизмов связано со стадиями
развития растений. Наибольшее их количество обнаружено в фазе цветения
растений, но к фазе созревания численность бактерий резко сокращается.
Возможной причиной может быть изменение состава корневых выделений у
22
растений, служащих источником питания для бактерий (Алесина, 2010;
Снисаренко, Алесина, 2014). В ризоплане преобладают сопрофитные бактерии, и
в первую очередь бактерии рода Pseudomonas.
Количество микроорганизмов в ризоплане значительно больше, чем в
ризосфере
(Алесина,
Снисаренко,
2010).
К
доминирующим
бактериям
микробоценоза ризопланы, например, Cucurbita pepo, относят Shewanella
putrefaciens и Serratia odorivera – грамотрицательные палочки. В меньшей степени
(по сравнению с ризосферой) в ризоплане отмечены Bacillus subtilis, B. Megaterium
(Артамонова, Потатуркина – Нестерова, 2013).
Микроорганизмы ризопланы находятся в более выгодном положении, чем в
ризосфере, так как при любых негативных проявлениях внешних условий
(например, уменьшение влажности) корневые выделения растений служат
своеобразной «буферной» средой.
Микробно-растительные взаимодействия в ризосфере и ризоплане
Прорастающее и развивающееся из семени в почве растение сталкивается с
различными микроскопическими биологическими объектами. Будущее растение
контактирует с ними как формирующейся корневой системой, так и стеблем, пока
проростком.
Корень
контактирует
с
неспецифическими
для
него
микроорганизмами, т. е. такими, контакт с которыми не приводит к его
инфицированию,
и
со
специфическими,
инфицирующими
корень
микроорганизмами. Среди инфицирующих имеются непатогенные (клубеньковые
бактерии, микоризные, эндо- и эктомикоризные грибы) и типичные патогенны.
Совокупность корневой системы с почвой представляет собой сложную
экологическую нишу, заселенную полезными, вредными и нейтральными для
растений микроорганизмами].
Пространство и почву, окружающие формирующийся корень, называют
ризосферой. Считается, что первое определение понятия ризосферы было дано
Хилтнером в 1904 году. В настоящее время под ризосферой понимают
пространство вокруг корня от 0 до 2-8 мм в диаметре, в котором имеет место более
обильное развитие микроорганизмов из-за стимулирования их роста корневыми
23
выделениями, а в более широком смысле – корневыми депозитами. Пространство
ризосферы иногда называют ещё эндоризосферой, включая в это понятие и ткани
самого корня в противовес ризоплане, под которой подразумевают только то, что
находится непосредственно на поверхности корня и прикреплено к корню.
Корневые экссудаты представляют собой низкомолекулярные органические
вещества, продукты фотосинтеза и метаболизма (сахара, органические и
аминокислоты, спирты, гормоны, витамины и др.). Эти вещества «вытекают» из
зоны растяжения корня в процессе его роста и развития.
Корневые ризодепозиты включают не только экссудаты, но и все другие
вещества – высокополимерные слизи полисахаридной и белковой природы,
ферменты, отмирающие и слущивающиеся поверхностные клетки с их
содержимым, куски тканей, корневой чехлик, корневые волоски, летучие
органические вещества и др. В виде ризодепозитов растение теряет более 30-40%
продуктов фотосинтеза.
Имеет место и чисто механическое воздействие растущего корня на
окружающую его эконишу.
Активная секреция клетками корня различных веществ обеспечивает
питательными субстратами микроорганизмы, образующие с ним прочные
ассоциации как внутри корневых тканей, так и на корневой поверхности
(ризоплане), а также в почве, непосредственно окружающей корни (ризосфере). В
связи с этим в ризосфере и ризоплане в значительных количествах
концентрируются бактерии, актиномицеты, грибы, водоросли и нематоды,
существенно превышая количество этих же организмов в обычной почве. Одной
из характеристик ризосферы различных растений, отражающей ее заселенность
микроорганизмами, является количественное отношение R / S (rhizosphera / soil –
ризосфера / почва). Величина R / S показывает, во сколько раз количество
микроорганизмов определенной таксономической группы в ризосфере данного
растения превышает количество этих микроорганизмов в почве. Для большинства
бактерий величина R / S колеблется от 2 до 25. В ризосфере в отличие от
свободной от корней почвы доминируют грамотрицательные бактерии, причем
24
преобладают флуоресцирующие бактерии рода Pseudomonas. Некоторые штаммы
бактерий Pseudomonas putida, P. Fluorescens, P. aureofaciens (chlororaphis), P.
corrugata и др. способствуют значительному улучшению роста и развития
растений. В настоящее время бактерии, обладающие совокупностью полезных для
растений свойств, принято обозначать как PGPR (от Plant Growth-Promoting
Rhizobacteria - ризобактерии, способствующие росту растений)].
Феномен более высокой плотности микроорганизмов вокруг корня за счёт
потребления экссудатов и ризодепозитов называется ризосферным эффектом.
Численность микроорганизмов в ризосфере может превышать их численность в
окружающей почве от нескольких % до десятков % и даже на порядок.
Общая численность микроорганизмов зависит от типа почвы, растения и др.
факторов.
1.3. Ризосферная микрофлора
Все растения на Земле, в основном, являются основным источником
питательных веществ для подавляющего числа микробного населения почв –
гетеротрофов, и оказывают огромное влияние на микробные ценозы. Особенно
активно микроорганизмы развиваются в зонах, примыкающих к корням растения.
Это связано, прежде всего, с выделениями из корней (экзосмосом) органических
веществ, синтезированных растениями. Ризосферной микрофлорой называют
зону вокруг корней растений, а саму зону – ризосферой.
Так же, имеет место представление о ризоплане – непосредственной
поверхности корня, заселенной микробами. Естественно, что обмен веществ
корней, оказывает большое влияние на почвенную среду, непосредственно у
корней. Известно, что корни увеличивают кислотную среду микрослоев почвы за
счет выделения углекислоты и H+ ионов. Эти изменения возможны только в
пределах нескольких миллиметров вокруг корня. Главным источником
стимуляции почвенной микробиоты являются выделения корнями питательных
веществ.
25
Патогенные и симбиотические микроорганизмы привязаны к ним и даже
способны растворять стенку клеток корня и проникать внутрь цитоплазмы.
Экзосмос органических веществ из корней растений обусловлен активными
процессами, пассивной диффузией или выделениями из отмирающих клеток.
Корневые отростки обычно покрыты слизистыми чехликами обильно
заселенными микробами.
В микроскопических выделениях корней обнаружено большое количество
различных веществ, в том числе: 10 разных сахаров, 23 аминокислоты, 10
витаминов, полисахаридные слизи, органические кислоты и многие другие
вещества. Химический состав выделений зависит от вида и возраста растений.
По увеличению числа микробов, по мере приближения к поверхности корня,
сфера воздействия корней на микрофлору определяется лишь приблизительно. В
ризосфере (Р) насчитывается больше групп микроорганизмов, чем в окружающей
почве (П), что можно выразить отношением Р/П (таблица №1).
Таблица №1. Сравнение числа бактерий и актиномицетов в ризосфере
пшеницы и в контрольной почве
Организмы
Ризосферная
почва
Контрольная
Р/П
почва
Бактерии
1200*106
53*106
23
Актиномицеты
46*106
7*106
7
Аммонификатоы
500*106
4*106
125
Газообразующие
39*104
3*104
13
Анаэробы
12*106
6*106
2
Денитрификаторы
126*106
1*105
1260
9*103
3*103
1
Группы бактерий:
анаэробы
Анаэробные
целлюлозоразлагающие
Аэробные
26
целлюлозоразлагающие
Спорообразующие
7*105
1*105
7
930*103
575*103
1
Не все бактерии одинаково реагируют на стимулирующее действие корней.
Замечено, что грамотрицательные бактерии явно лучше развиваются в ризосфере,
чем грамположительные. Способность бактерий заселять зону корня связана не
только с выделяемым веществом, но и с отношением к физическим факторам,
антагонизму.
Замечено, что типичные обитатели ризосферы способны разлагать
целлюлозу, растворять фосфаты, использовать белки и сахара, и бактериальные
полисахариды.
Так
же
отмечается
некоторая
корреляция
между
таксономическими и физиологическими группами бактерий в ризосфере. Так,
например, виды Pseudomonas доминируют в ризосфере, а виды Arthrobacter - в
окружающей почве. Представители обоих родов заметно различаются по
потребностям в ростовых факторах.
Существует мнение, что актиномицетам уделяется меньше внимания, хотя
их причастность к ризосфере установлена. Есть вероятность, что в определенных
условиях актиномицеты образуют активные вещества (антибиотики), которые
препятствуют развитию патогенов на корнях. Актиномицеты обитающие в почве
и ризосфере не отличаются по физиологии и видовому составу.
Многие факторы влияют на микрофлору ризосферы , а особенно: вид и
возраст растений, их состояние, положение и характер распределения корней, тип
почвы и окружение. Стимуляция или угнетение развития микробов корнями
растений проявляются в разной степени. Например, бобовые растения лучше
всего стимулируют развитие микроорганизмов в прикорневой зоне.
В случае длительного выращивания одних и тех же растений на одних и тех
же площадях приводит к так называемому «почвенному утомлению». На
27
поверхности одного корешка микрофлора оказывается разнообразной, а обилие
микроорганизмов нарастает к кончикам корней, где отмечен наибольший
экзосмос аминокислот.
После прорастания семени, а особенно в период цветения и плодоношения
растений, ризосферный эффект увеличивается. В виду этого, возраст и старение
растений играет большую роль в формировании и деятельности ризосферной
микрофлоры.
Так же на микроорганизмы и их жизнедеятельность влияют тип почвы, на
которой произрастает растение, степень освещенности, корневые выделения,
температура воздуха.
Ризосферный эффект более ярко выражен в песчаных почвах и менее - в
гумусных. Огромное воздействие на микроорганизмы оказывают обитатели
почвы; во много раз больше чем изменение окружающей среды и агротехнические
мероприятия. Ризосферная зона представляет собой своеобразную «буферную»
систему, препятствующую воздействию среды на микрофлору.
Некоторые микроорганизмы способны существовать даже при крайних
(экстремальных) значениях факторов внешней среды и часто становятся
узкоспециализированными
–
обязательными
по
отношению
к
уровню
действующего фактора. Таковыми являются облигатные галофилы (род
Halobacterium), растущие в насыщенных растворах солей, многие облигатные
термофилы, глубоководные барофильные бактерии (устойчивые к высокому
давлению), выдерживающие давление 1400 атм, облигатные анаэробы,
погибающие при незначительных примесях кислорода в атмосфере (род
Selenomonas и др.). Некоторые виды бактерий и грибов способны размножаться
даже при 0°С, если водный раствор не замерзает.
Опасным температурным пределом для животных, включая простейших,
является 50 °С, максимум для грибов 56—60 °С. Сине-зеленые водоросли (род
Synechococcus) активны в горячих источниках при 73—75 °С, а некоторые
флексибактерии активно размножаются в горячих гейзерах (90 °С). Границы
жизнедеятельности
микроорганизмов
колоссальны.
Эта
особенность
28
микроорганизмов обеспечивает им практически беспредельное развитие на нашей
планете.
В научном мире, в последние годы, уделяется большое внимание
микрофлоре ризосферы.
Многие исследователи приводят данные о значительном скоплении
микроорганизмов в прикорневой зоне. Кацнельсон нашел в ризосфере свеклы в
100—1000 раз больше микробов, чем вне корневой зоны. Том и Хэмфильд
приводят такие цифры: в ризосфере маиса имеется 136 млн. бактерий, а вне
ризосферы (контроль) — 5 млн. на один грамм почвы.
По данным Старки, в ризосфере фасоли насчитывается 200 млн/г бактерий,
свеклы — 427 млн/г и зерновых культур — 653 млн/г. Контрольные образцы почв
имели от 1 до 5 млн. бактерий в одном грамме.
Химический состав почвы, так сказать, ее плодородность оказывают
огромное
влияние
на
количественный
состав
микрофлоры
ризосферы.
Современные приемы агротехники с внесением соответствующих удобрений
увеличивают видовой состав микроорганизмов в ризосфере.
По мере углубления в почву микробы обычно насчитываются единицами,
тогда как в ризосфере растений даже на глубине 2 – 3м они развиваются в
изобилии.
В условиях глубинного роста корневая система растений создает вполне
благоприятные условия для развития микроорганизмов не только выделением
питательных веществ, но, по-видимому, и такими факторами, как улучшение
условий дыхания и обмена веществ.
С возрастом растений количество микробов в прикорневой зоне меняетмя.
Максимальное число их обнаруживается в период наиболее бурного роста
растения. Чем интенсивней протекают жизненные процессы, тем больше
выделяется корнями органических веществ и тем интенсивнее идет размножение
микробов в ризосфере. Обильное развитие микроорганизмов происходит и на
ранних стадиях развития растений, однако самый бурный рост микробов
наступает в период цветения или непосредственно перед ним. Иногда отмечаются
29
два и даже три подъема кривой роста микробов: первый, небольшой подъем — в
ранней стадии, второй, больший — перед цветением и во время цветения, а третий
— перед созреванием. Последний обычно бывает чуть заметным.
30
Практическая часть
Глава 2. Материал и методика исследования
Объектом нашего исследования стали микроорганизмы ризосферы и
ризопланы растений проса обыкновенного (Panicum miliaceum L.), сорт
«Спутник». Исследования проводили на всех стадиях вегетации растений.
При выполнении работы были использованы следующие методики (Теппер
и др., 2004 г):
1. Определение полевой влажности почвы.
2. Приготовление питательных сред.
3. Приготовление почвенной суспензии и посев.
4. Учет бактерий в ризосфере методом Красильникова.
5.Учет ризосферной и корневой микрофлоры методом последовательных
отмываний корней (по Теппер)
6. Метод окраски клеток микроорганизмов по Граму.
Определение полевой влажности
Для определения влажности почвы, брали пробы в поле ножом со стенки
разреза глкбиной 10 см. Образцы отбирали из отдельных горизонтов почвы.
Почвенные пробы помещали в стерильные пакеты.
В лаборатории на технических весах взвешивали алюминевые бюксы с
точностью до 0,01 г, наполняли их на 1/3 часть почвой, закрывали крышкой и
снова взвешивали. Затем помещали в сушильный шкаф при t = 100 – 105°С и
сушили до потоянной массы. Крышки снимали и одевали на дно стаканчиков.
Закрытый стаканчик после просушивания
охлаждали в эксикаторе и снова
взвешивали.
Полевую влажность почвы рассчитывали по формуле:
W=100а/в,
где W - полевая влажность, %;
31
а - масса испарившейся влаги, г;
в - масса сухой почвы, г.
Приготовление питательных сред
Питательный
бульон
для
культивирования
микроорганизмов
агаризованный (ГРМ-БУЛЬОН).
Для приготовления ГРМ-БУЛЬОНА мы использовали готовую среду сухой
ГРМ-бульон в состав которого входит: панкриатический гидролизат рыбной муки
8,0 г/л; пептон ферментативный 8,0 г/л; натрия хлорид 4,0 г/л. 20 г порошка
размешивали в 1 литре воды и кипятили в течении 3 мин, фильтровали через
бумажный фильтр в стерильную литровую колбу, после чего добавляли 15 г агара
и грели на водяной бане 20 минут переодически помешивая. Приготовленную
среду разливали в стерильные чашки Петри.
Картофельный агар. Для приготовления КА мы использовали 200 г
очищенного и промытого водой картофеля, который нарезали ломтиками,
заливали 1 л водопроводной воды, варили 30 мин. Отвар профильтровывали через
вату и добавили воду до превоначального объема. К полученной жидкости
прибавляли 2% агара, кипятили до его расплавления и устанавливали
нейтральную реакцию средв (рН = 7) добавив незначительное количство мела
(СаСО3 ) Среду стерилизовали 20 мин при 1200 С сухим жаром в
электросушильном шкафу.
Учет бактерий в ризосфере методом Красильникова
Стерильным шпателем подкапывали почву под растением, стерильным
пинцетом извлекли корни. Приставшую к корням почву стряхивали в стерильную
чашку Петри, перемешивали и из нее брали навеску 1 г.
Навеску помещали в 100 мл стерильной водопроводной воды и готовили ряд
разведений.
При поверхностном посеве из полученных разведений стерильной
микропипеткой наносили на поверхность питательных пластин (ГРМ-Бульона
агаризованного) по 0,05 мл и шпателем Дригальского втирали досуха в агар.
32
Выросшие на агаре колонии подсчитывают визуально и под лупой.
Для определения качественного состава бактерий колонии на чашке
группировали по культуральным признакам. Из каждой группы готовили
препарат и выявляли форму бактерий.
Учет ризосферной и корневой микрофлоры методом последовательных
отмываний корней (по Теппер)
Из выкопанных монолитов почвы с растениями стерильным пинцетом и
ножницами отбирали 1 г молодых корней примерно однакого диаметра с
приставшими к ним частицами почвы.
Брали 7 колб емкостью 150 мл. Сначала корни помещали в 1-ю колбу со 100
мл стерильной водопроводной воды и взбалтывали 2 мин. Стерильным пинцетом
корни извлекали и переносили последовательно во 2-ю, 3-ю и т.д. до 7-й колбы,
также содержащие по 100 мл стерильной водопроводной воды.
В каждой колбе корни отмывали по 2 мин.
Их каждой колбы отдельно стерильной пипеткой брали 0,05 мл отмывной
воды наносили на поверхность питательной пластины и отдельным шпателем
Дригальского, держа полуоткрытую чашку около пламени горелки, втирали в
среду досуха. Чашки помещали в термостат при t=28-300 С. Спустя 3-5 сут чашки
анализировали.
Метод окраски клеток по Граму
На хорошо обезжиренное стекло наносили три тонких мазка разных культур
микроорганизмов (два из них – контрольные, с заведомо известным отношением
к окраске по Граму: дрожжи – грамположительные, кишечная палочка –
грамотрицательная). Мазки высушивали на воздухе, фиксировали над пламенем
горелки и окрашивали в течение 1 мин феноловым раствором генциана
фиолетового (или кристаллического фиолетового), держали стекло в слегка
наклонном положении. Затем краситель сливали и, не промывая препарат водой,
наносили на него на 1 мин раствор Люголя (до полного почернения мазка). Стекло
и в этом случае держали в наклонном положении. Препарат, не промывая водой,
33
обрабатывали, непрерывно покачивая, 96% - ным спиртом в течение 15 – 20
секунд.
Промыв водой, препарат окрашивали фуксином Пфейфера в течение 1 мин.
После чего снова промывали водой. При этом поле зрения оставалось
прозрачным, а бактерии имели ярко выраженную окраску. После этой обработки
грамположительные микроорганизмы приобрели тёмно – фиолетовый цвет, а
грамотрицательные окрасились лишь в цвет дополнительной окраски (фуксина).
Результаты окраски по Граму зависели от возраста культуры: в старых
культурах мертвые клетки всегда окрашивались грамотрицательно.
Идентификацию микроорганизмов осуществляли используя культуральные
признаки и морфологические свойства.
Особое
внимание
уделяли
таким
систематическим
признакам
микроорганизмов как: профиль колоний, край колоний, размеры, поверхность,
оптические свойства поверхности, цвет, структура колоний, консистенция.
Определение культур проводили с помощью определителя Берджи [4].
34
Глава 3. ХАРАКТЕРИСТИКА МИКРОБНОГО СООБЩЕСТВА
РИЗОСФЕРЫ
PANICUM MILIACEUM L.
Исследователи почвенной микробиологии считают, что основную часть
микроорганизмов, обитающих в ризосфере, составляют Pseudomonas, Klebsiella,
Enterobacter, Alcaligens, Azospirillum, Herbaspirillum, Acetobacter, Agrobacterium,
Azotobacter, Burkholderia, Flavobacterium, Campilobacter. Функцией ризосферного
микробного сообщества является активный синтез различных ферментов,
оказывающих влияние на развитие растений. Кроме того, здесь обитает
достаточное количество антагонистов, не позволяющих размножаться патогенной
микрофлоре. Наше внимание было направлено, в первую очередь, на те таксоны
микроорганизмов, которые относятся к наиболее активным и часто встречаем
бактериям, ассоциированных с корнями растений.
Нами было отмечено, что численность и разнообразие бактерий изменяются
в течение всего вегетационного периода. Максимальные показатели общего
микробного числа приходятся в фазу 3-4 листьев.
Изменение качественного состава микрофлоры связано с деятельностью
самого растения (корневые экссудаты) и активностью микроорганизмов,
питающихся продуктами экзосмоса или разлагающих органические остатки
подземной сферы растения (корневой отпад, старые, отмершие боковые и
придаточные корни).
В ризосферной зоне Panicum miliaceum нами отмечены неспороносные
микроорганизмы, среди которых доминируют представители рода Azotobacter,
дающих крупные, слизистые, морщинистые колонии на плотных питательных
средах, обедненных азотом. В количественном соотношении им уступают
неспороносные бактерии рода Pseudomonas. Спороносные представители рода
Bacillus обнаружены в незначительном количестве. По мере развития растения, во
второй половине лета и осенью, с наступлением фазы плодоношения, в его
ризосфере
увеличивается
объем
отмершей
органики,
представленной
отслоившимися покровными тканями корня, мелкими мертвыми корешками,
35
погибшими бактериями ризопланы и ризосферы. Снижается метаболическая
активность корня, количество выделяемых метаболитов низкая, что, вероятно,
связано с уменьшением объема углеводов, поступающих в корень. Это ведет к
тому, что численность диазотрофов начинает резко падать и на их смену приходят
целлюлозоразрушающие микроорганизмы, почвенные грибы и актиномицеты.
Увеличивается процент содержания бактерий рода Bacillus (возрастание
численности этих бактерий коррелирует с появлением растительного опада),
Streptococcus.
36
Глава 4. ХАРАКТЕРИСТИКА МИКРОБНОГО СООБЩЕСТВА
РИЗОПЛАНЫ
PANICUM MILIACEUM L.
Общая численность бактерий в ризоплане значительно превышает таковую
ризосферы. Это связано, видимо, с более тесными отношениями микроорганизмов
и растений, корни которых выделяют в окружающую среду продукты экзосмоса,
а
бактерии,
в
аминокислотами,
свою
очередь,
ферментами,
обеспечивают
гетероауксинами.
растения
Это
витаминами,
подтверждается
и
увеличением количества бактерий в ризоплане в фазу кущения и выхода в трубку
просо обыкновенного. Микробное население ризопланы несколько отличается от
микрофлоры ризосферы. Микросообщество ризопланы представлено, главным
образом, грамотрицательными бактериями. Так же как и в ризосфере здесь
преобладают представители рода Pseudomonas. Кроме того, были отмечены
представители родв Azotobacter, в незначительном количестве Bacillus.
Нами
отмечено,
что
в
ризоплане
процентное
содержание
целлюлозоразлагающих бактерий, почвенных грибов и актиномицетов ниже, чем
в ризосфере. Свободноживущие азотофиксирующие бактерии рода Azotobacter
активно размножаются как в ризоплане, так и в ризосфере.
Так же как и в ризосфере, в ризоплане изменяется видовой состав
микроорганизмов в зависимости от сезона и фазы развития растений. В стадию
кущения, выхода в трубку и начала созревания преобладают неферментирующие
бактерии
представители
семейства
энтеробактерий,
рода
Pseudomonas,
Azotobacter. Осенью, к концу вегетации и в ризоплане увеличивается количество
целлюлозоразлагающих микроорганизмов, почвенных грибов и актиномицетов. К
этому времени эксудаты корня практически не попадают в почвы, однако
возрастает объем отмершей органики, что является благоприятной средой для
группы гидролитических микроорганизмов. Эккрисотрофы, жизнедеятельность
которых коррелирует с продуктами экзоосмоса растений, к этому времени
снижают свою активность и их количество снижается по сравнению с
предыдущими фазами развития растений.
37
Глава 5. Влияние кислотности почвы на состав микрофлоры ризосферы и
ризопланы PANICUM MILIACEUM L.
5.1 Общее микробное число в зависимости от кислотности почвы
Наши исследования были направлены на установление общей численности
микроорганизмов в ризосфере и ризоплане проса в разные фазы его
индивидуального развития. В процессе эксперимента предстояло выявить,
меняется ли общая численность микроорганизмов ризосферной части почвы в
процессе онтогенеза растений проса. Влияет ли на общее микробное число
кислотность почвы.
Кислые почвы
20
30,4
23,2
23,1
3-4 лист
Кущение
Выход в трубку
Созревание
Из диаграммы видно, что наибольшее число микроорганизмов отмечается в
фазу всходов. Именно в этот период растения активно выделяют в ризосферу
вещества, используемые микроорганизмами. В ризосфере растений в фазы выхода
в трубку и кущения, также отмечается довольно высокое микробное число. В этот
38
период роста растений, в частности однолетников, наблюдаются процессы,
связанные с отмирание некоторых их частей – пожелтение и высыхание
прикорневых листьев, отшелушивание поверхностных тканей корня. Это
привлекает сапротрофные микроорганизмы, успешно разлагающие отмершую
органику.
Щелочные почвы
20,1
23,4
20
Кущение
Выход в трубку
Созревание
Представленные данные свидетельствуют, что на карбонатных почвах не
наблюдается особой разницы в микробном числе относительно различных фаз
онтогенеза растений. Возможно, соотношение различных видов бактерий и
грибов может меняться в зависимости от периода вегетации растений.
39
Нейтральные почвы
19,9
22,3
23
Кущение
Выход в трубку
Созревание
На нейтральных почвах численность микроорганизмов довольно высокая в
фазу кущения и выхода в трубку, но несколько снижается в период созревания
плодов и семян. Это можно объяснить тем, что в ризосфере проса
преобладающими
остаются
сапротрофные
микроорганизмы,
численность
симбионтов и эккрисотрофов снижается.
5.2 Частота встречаемости микроорганизмов определенных видов в
ризоплане и ризосфере просо
Таблица №2. Частота встречаемости микроорганизмов определенных видов
в ризоплане просо на щелочных почвах
Название микроорганизмов
Этап развития/
Стрептококки
Кокки
Диплококки
Актиномицеты
Бациллюсы
Азотобактер
Клостридии
Номер разведения
40
1 лист
+
+
+
+
+
+
1
+
+
+
+
+
2
+
+
+
+
+
+
3
+
+
+
+
+
+
4
+
+
+
+
+
+
5
+
+
+
+
6
+
+
+
3-4 лист
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Без разведения
Без разведения
1
+
2
+
+
+
+
3
+
+
4
+
+
+
+
+
+
5
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
6
Кущение
+
+
Без разведения
1
+
+
+
+
+
2
+
+
+
+
+
3
+
+
+
+
+
+
+
4
+
+
5
+
+
+
+
+
6
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
2
+
+
+
+
+
3
+
+
+
Выход в трубку
+
+
Без разведения
1
+
41
4
+
+
+
+
+
5
+
+
+
+
+
6
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Созревание
+
+
Без разведения
1
2
+
+
+
+
3
+
+
4
+
+
5
+
6
+
+
+
+
+
Таблица №3. Частота встречаемости микроорганизмов определенных видов в
ризоплане просо на кислых почвах
Название микроорганизмов
Этап развития/
1 лист
Стрептококки
Кокки
Диплококки
Актиномицеты
Бациллюсы
Азотобактер
Клостридии
Номер разведения
+
+
+
+
+
1
+
+
+
+
+
2
+
+
+
+
3
+
+
+
+
4
+
+
+
5
+
+
+
6
+
+
+
Без разведения
+
42
3-4 лист
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Без разведения
1
+
2
+
+
+
+
3
+
+
4
+
+
+
+
+
+
5
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
6
+
+
Кущение
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Без разведения
1
2
+
3
4
+
5
6
+
Выход в трубку
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Без разведения
1
2
+
3
4
+
5
6
Созревание
+
Без разведения
1
2
3
+
43
4
5
+
+
+
+
+
6
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Таблица №4. Частота встречаемости микроорганизмов определенных видов в
ризоплане просо на нейтральных почвах
Название микроорганизмов
Этап развития/
1 лист
Стрептококки
Кокки
Диплококки
Актиномицеты
Бациллюсы
Азотобактер
Клостридии
Номер разведения
+
+
+
+
+
1
+
+
+
+
+
2
+
+
+
+
3
+
+
+
+
4
+
+
+
5
+
+
+
6
+
+
+
Без разведения
3-4 лист
+
+
+
+
+
+
1
+
+
+
+
+
+
2
+
+
+
+
+
+
3
+
+
+
+
+
+
+
+
Без разведения
4
+
+
+
+
+
44
5
+
+
+
+
6
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Кущение
+
+
Без разведения
1
2
+
3
4
+
+
5
6
+
+
Выход в трубку
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Без разведения
1
2
+
3
4
+
5
+
+
+
+
6
+
+
+
+
Созревание
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Без разведения
1
2
+
+
+
+
+
+
3
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
4
5
6
+
+
+
+
45
Таблица №5. Частота встречаемости микроорганизмов определенных видов
в ризосфере просо на кислых почвах
Название микроорганизмов
Этап развития/
1 лист
Стрептококки
Кокки
Диплококки
Актиномицеты
Бациллюсы
Азотобактер
Клостридии
Номер разведения
+
+
+
+
+
+
1
+
+
+
+
+
+
2
+
+
+
+
+
+
3
+
+
+
+
+
+
4
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Без разведения
3-4 лист
+
Без разведения
1
+
2
+
+
+
+
3
+
+
+
4
+
+
+
Кущение
+
+
+
1
+
+
+
2
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Без разведения
3
4
Выход в трубку
Без разведения
+
+
+
46
1
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
3
+
+
+
+
+
+
4
+
+
+
+
+
+
2
+
+
+
+
+
+
+
+
3
4
Созревание
Без разведения
1
2
+
Таблица №6. Частота встречаемости микроорганизмов определенных видов
в ризосфере просо на щелочных почвах
1 лист
+
+
+
+
+
Кокки
Диплококки
Актиномицеты
Бациллюсы
Азотобактер
Клостридии
Номер разведения
Стрептококки
Название микроорганизмов
Этап развития/
+
+
+
+
+
+
+
Без разведения
1
2
+
+
+
+
3
+
+
+
+
+
4
+
+
+
+
+
+
3-4 лист
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Без разведения
1
+
47
2
3
+
+
4
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
1
+
+
+
+
+
+
+
2
+
+
+
+
+
3
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Кущение
Без разведения
4
Выход в трубку
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Без разведения
1
2
3
+
+
+
+
+
+
4
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Созревание
+
Без разведения
1
2
+
+
+
+
+
+
+
3
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
4
48
Таблица №7. Частота встречаемости микроорганизмов определенных видов
в ризосфере просо на нейтральных почвах
Название микроорганизмов
Этап развития/
1 лист
+
+
+
+
+
+
+
Стрептококки
Кокки
Диплококки
Актиномицеты
Бациллюсы
Азотобактер
Клостридии
Номер разведения
+
+
+
+
+
+
+
+
Без разведения
1
2
+
3
+
+
+
+
+
+
4
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
3-4 лист
+
Без разведения
1
+
+
+
2
+
+
+
3
+
+
4
+
+
+
Кущение
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Без разведения
1
2
+
3
4
Выход в трубку
+
+
+
+
+
+
49
Без разведения
1
2
+
3
4
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
1
+
+
+
+
+
+
2
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
+
Созревание
Без разведения
3
4
+
По данным таблиц можно сделать заключение, что ризосфера и ризоплана
растений проса отличается меньшей заселенностью в фазу всходов и лишь в
период дальнейшего роста и развития – в фазу кущения, выхода в трубку и т.д.
происходит заселение эккрисотрофами, а также целлюлозоразрушающими
микроорганизмами, в частности актиномицетами.
50
Выводы
Подводя
итог
проведенным
исследованиям
можно
сказать,
что
численности микробного населения ризосферы и ризопланы в процессе
вегетации
связано
с
изменением
качества
и
количества
корневых
выделенийпросо обыкновенного, которые являются источниками питания для
микроорганизмов-эккрисотрофов.
А
увеличение
отмершей
органики
способствует активизации группы гидролитиков, участвующих в процессах ее
разложения.
На характер микробного биоценоза незначительно влияет кислотность
почвы. Исследования проводились на кислотных, щелочных, нейтральных
почвах.
На основе выше сказанного, можно сделать следующие выводы:
1. Численность и многообразие микроорганизмов ризосферы и ризопланы
зависит от комплекса факторов и меняется в течение сезона. К таким факторам
относятся: состав почвы и фазы развития растений
2. Общая численнось бактерий в ризосфере Panicum miliaceum L. на кислых
почвах изменяется в различные фазы развития и наибольшее их число
проявляется в фазу всходов.
В ризосфере растений в фазы выхода в трубку и кущения, также отмечается
довольно высокое микробное число. В этот период роста растений, в частности
однолетников, наблюдаются процессы, связанные с отмирание некоторых их
частей – пожелтение и высыхание прикорневых листьев, отшелушивание
поверхностных тканей корня. Это привлекает сапротрофные микроорганизмы,
успешно разлагающие отмершую органику.
3. На карбонатных почвах не наблюдается особой разницы в микробном
числе относительно различных фаз онтогенеза растений.
4. На нейтральных почвах численность микроорганизмов довольно высокая
в фазу кущения и выхода в трубку, но несколько снижается в период созревания
плодов и семян. Это связанно с тем, что в ризосфере проса преобладающими
51
остаются
сапротрофные
эккрисотрофов снижается.
микроорганизмы,
численность
симбионтов
и
52
Список литературы
1. Шильникова, В.К., Ванькова А.А., Годова Г.В. Микробиология. М.:
Дрофа, 2006. – 268 с.
2. Боронин А.М. Ризосферные бактерии рода Pseudomonas, способствующие
росту и развитию растений // Соровский образовательный журнал. – 1998. – № 10.
– С. 25–31.
3. Смирнов В.В., Киприянова Е.А. Бактерии рода Pseudomonas. – Киев:
Наук, думка, 1990. – 264 с.
4. Хоулт, Дж. Определитель бактерий Берджи в 2-х т. Т. 2. / Дж. Хоулт, Н.
Криг, П. Снит, Дж. Стейли, С. Уилльямс. – М.: Мир, 1997. – 799 с.
5. Практикум по микробиологии: Учебное пособие для вузов / Е. 3. Теппер,
В. К. Шильникова, Г. И. Переверзева; Под ред. В. К. Шильниковой. — 5-е изд.,
перераб. и доп. — М.: Дрофа, 2004. — 256 с: ил. ISBN 5-7107-7437-5
6. Алесина, Н.В. Изучение смены бактериальных компонентов в ризосфере
и ризоплане в процессе вегетации растения на примере овса (Avenasativa) //
Вестник Московского государственного областного университета. Серия:
Естественные науки. № 1. М., 2010. – С. 5-9
7. Артамонова, М.Н., Потатуркина-Нестерова, Н.И. Характеристика
микробного сообщества ризосферы и ризопланы Cucurbita pepo L. // Журнал
"Фундаментальные исследования" №10 (часть 14). 2013. – С. 3067 – 3070.
8. Берестецкий, О.А. Фиксация атмосферного азота микроорганизмами в
ризосфере и на корнях не бобовых культур. Микробиология, 1986, т. 55, вып. 1. –
С. 158-159.
9. Емцев, В.Т., Мишустин, Е.Н. Микробиология М.: Дрофа, 2005. – 445 с.
10. Звягинцев, Д.Г. Почва и микроорганизмы. М., Изд-во Моск. ун-та, 1987.
– 256 с.
11. Кожевин, П.А. Динамика микробных популяций в почве // Вестн. Моск,
ун-та. Сер. 17. Почвоведение. 1992. № 2. – С. 39-56.
12. Малинина, А.Ю., Цуцупа, Т.А. Состав микробных ценозов ризосферы и
ризопланы астрагала австрийского (AstragalusaustriacusL.), произрастающего на
53
карбонатных почвах // Актуальные проблемы естественнонаучного образования,
защиты окружающей среды и здоровья человека. Материалы III Международной
очной научно-практической конференции. Орел, 2016. – С. 232-235.
13. Чудинова, Ю.В., Наплекова, Н.Н. Влияние микроорганизмов из
ризосферы льна на всхожесть семян и рост ростков и корней редиса //Вестник
Алтайского государственного университета, № 7 (57). Барнаул, 2009. – стр. 14-18.
14. Sims, G. K. and Dunigan, E. P. Diurnal and seasonal variations in nitrogenase
activity (C2H2 reduction) of rice roots. Soil Biology and Biochemistry. 1984. – Р. 1518.
15. Гельцер Ф.Ю. Симбиоз с микроорганизмами – основа жизни растений.
М.: Изд-во МСХА, 1990. – 134 с.
16. Гажеева Т.П. Динамика численности и состава микроорганизмов
Ризосферы некоторых злаковых растений в процессе их роста и развития.
ВЕСТНИК ОГУ №12 (131) /декабрь`2011. С. – 328-330.
17. Васюк Л.Ф. Азотфиксирующие микроорганизмы на корнях небобовых
растений и их практическое использование // Биологический азот в сельском
хозяйстве
СССР.
М.:
Наука,
1989а.
С.
-
88.
18. Рыжова И.М. Динамика азотфиксации в луговом биогеоценозе / И.М.
Рыжова,
М.М.
Умаров
//
Почвоведение.
1979.
-
№
8.
-
С.
39-42.
19. Калининская Т. А., Миллер Ю. М., Рао В. Р., Белов Ю. М.
Активность несимбиотической азотфиксации в почвах рисовых полей. – Е
с б Повышение плодородая почв рисовых полей. М.: Наука, 1977, с. 97−106.
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа