Микробиота семян и филлосферы растений фасоли при обработке селеном

Введение. Одним из актуальных вопросов факториальной экологии является исследование микроэлементов не только в живых организмах, но и в компонентах экосистем в целом, в первую очередь в регионах, подверженных интенсивному антропогенному воздействию. С дефицитом элемента селена связывают возникновение таких хронических заболеваний человека, как злокачественные новообразования, атеросклероз, гипертоническая болезнь, артриты, пародонтоз, катаракта, поэтому интенсивно исследуется недостаточность селена в питании человека. Согласно данным Института питания, дефицит селена отмечен более чем у 90 % населения России [1]. Установлено, что органические соединения селена усваиваются лучше неорганических и не вызывают аллергических реакций, поэтому проводятся поиск, синтез и исследования по использованию органических соединений селена [6].

Наиболее перспективное направление – получение обогащенной селеном продукции растениеводства. Одним из методов внесения селена является замачивание семян, а также опрыскивание растений [4]. Бобовые культуры обладают огромной пищевой ценностью и перспективны для оптимизации селенового статуса населения. Одним из вопросов современной науки является вопрос о взаимодействии микроорганизмов с высшими растениями, которое обеспечивает регуляцию физиологических процессов, упорядоченность развития организмов, способность их к адаптации в меняющихся условиях.

Цель исследований. Оценить влияние селена на состав микробиоты семян и филлосферы растений фасоли сорта «Сакса без волокна 615» (Phaseolus vulgarisL.) .

Материалы и методы исследований. Объект исследования – микробиота семян и филлосферы растений фасоли сорта «Сакса без волокна 615» (PhaseolusvulgarisL.) . Сорт раннеспелый, от всходов до сбора недозрелых бобов съемной спелости 45–50 дней. Растение кустовое, слабораскидистое, высотой 25–40 см.

В работе использовали обыкновенный чернозем, легкий суглинок. Агрохимические показатели почвы: содержание гумуса 7,3 %, рН KCl 7,1. Содержание элементов в почве определяли на масс-спектрометре с индуктивно связанной плазмой (ИСП-МС) Agilent 7500a, предварительно вскрывая пробы в системе микроволнового вскрытия MWS-2 (Berghof, Германия) во фторопластовых автоклавах DAP-60 (объемом 60 мл) 30 минут. Концентрация элементов (мг/100 г почвы): фосфор – 114,8; калий – 464,1; кальций – 798,4; марганец – 36,75; никель – 2,1; медь – 2,1; цинк – 5,0; кадмий – 0,06; ванадий – 7,98; свинец – 1,15; селен – 0,26; сурьма – 0,03. Концентрация элементов в почве опытного участка не превышала ПДК [2]. Концентрацию гумуса учитывали по Тюрину.

Эксперимент проводили в условиях мелкоделяночного опыта. Семена замачивали на 24 часа в воде и водном растворе селенита натрия с концентрацией Se 0,001% и высевали в почву с глубиной заделки 5 см. Перед цветением растения опрыскивали водным раствором селенита натрия с концентрацией селена 0,001 %.

Микробиотуфиллосферы растений фасоли сорта «Сакса без волокна 615» исследовали в фазы проростков, цветения и плодоношения методом посева в чашки Петри на элективные питательные среды [5]. Для учёта общего количества аэробных бактерий, усваивающих органический азот, использовали пептонный агар (ПА), споровые бактерии в стадии спор учитывали на сусле споровом (смеси равных объемов пептонного агара и сусло-агара) после пастеризации суспензии при 80 ºС в течение 10 минут. Микроорганизмы, использующие минеральные формы азота, учитывали на крахмало-аммиачном агаре (КАА ). Чашки инкубировали в термостате при температуре 28ºС. Бактерии группы кишечной палочки (БГКП) учитывали на среде Эндо при температуре 37ºС. Микроскопические грибы выделяли на разбавленном сусло-агаре с антибиотиками (стрептомицин и пенициллин) при комнатной температуре. На 3–4-е сутки проводили учет микроорганизмов. Работа выполнена в 4 повторностях. Статистическая обработка данных проведена по Г.Ф. Лакину [3].

Результаты и обсуждение. На семенах, замоченных на 24 часа в водном растворе селенита натрия с концентрацией селена 0,001 %, происходит снижение численности микроорганизмов (табл.).

Численность микроорганизмов контрольных и опытных (обработанных селеном) семян фасоли сорта «Сакса без волокна 615» (КОЕ/г сухой массы)

Группы бактерий	Контроль	Обработка Se	t*
Общее количество аэробных бактерий, усваивающих органический азот, 1 · 10 4	3,51 ± 0,13	1,36 ± 0,04	15,8
Бактерии группы кишечной палочки, 1· 10 4	2,38 ± 0,51	0,61 ± 0,01	3,47
Споровые бактерии в стадии спор	0	0	-
Бактерии, использующие минеральные формы азота,1 · 10 4	2,45 ± 0,25	2,52 ± 0,02	0,28
Микроскопические грибы, 1 · 10 2	0,56 ± 0,1	0	5,6
Актиномицеты, 1 · 10 2	0,7 ± 0,03	0,68 ± 0,03	0,48

Примечание: t* – разница в численности микроорганизмов в опыте и контроле; различия достоверны при t разности ≥ t st (t st =2,78 для р≤ 0,05; t st =4,60 для р ≤ 0,01; t st =8,61для р ≤ 0,001); КОЕ – колониеобразующие единицы; «0» – отсутствие роста.

Из таблицы видно, что на опытных семенах достоверно снизилось общее количество аэробных бактерий, усваивающих органический азот (р ≤ 0,001), бактерий группы кишечной палочки (р ≤ 0,05) и микроскопических грибов (р ≤ 0,01). Споровых бактерий в стадии спор на семенах не обнаружено. Достоверных изменений в численности как актиномицетов, так и бактерий, использующих минеральные формы азота, не зафиксировано ни в опыте, ни в контроле.

Соотношение микроорганизмов филлосферы контрольных и опытных (обработанных селеном) проростков фасоли представлено на рисунке 1. Вопытных проростках фасоли снизилась доля бактерий, использующих минеральные формы азота, повысилась доля актиномицетов, микроскопических грибов, споровых бактерий в стадии спор, бактерий, усваивающих органический азот, бактерий группы кишечной палочки.

Соотношение численности микроорганизмов филлосферы контрольных и опытных (обработанных селеном) растений фасоли в фазу цветения представлено на рисунке 2.

Соотношение микроорганизмов филлосферы контрольных проростков фасоли

Соотношение микроорганизмов филлосферы опытных проростков фасоли

А       1,08%

27,66%

Б           В

0,43%

А

Е 7,46%

2,92%

Б 1,46%

В 2,49%

Е 1,84%

Д 1,61%

Д 1,19%

Г 67,79%

Г 84,06%

Рис. 1. Соотношение микроорганизмов филлосферы контрольных и опытных (обработанных селеном) проростков фасоли сорта «Сакса без волокна 615»: А – бактерии, использующие минеральные формы азота; Б – микроскопические грибы; В – актиномицеты; Г – бактерии, усваивающие органический азот; Д – бактерии группы кишечной палочки; Е – споровые бактерии в стадии спор

• ■ Контроль

• □ Обработка Se

Бактерии группы кишечной палочки

Рис. 2. Численность бактерий, усваивающих органический азот, использующих минеральные формы азота, бактерий группы кишечной палочки, споровых бактерий в стадии спор и микроскопических грибов в филлосфере контрольных и опытных (обработанных селеном) растений фасоли сорта «Сакса без волокна 615» в фазу цветения

В фазу цветения в филлосфере опытных (обработанных селеном) растений фасоли, в сравнении с контрольными растениями, численность бактерий, усваивающих органический азот, ниже на 34 %. Количество бактерий, использующих минеральные формы азота, ниже на 18 %. Возможно, бактерии, усваивающие органический азот, более чувствительны к присутствию селена, чем бактерии, использующие минеральные формы азота. В филлосфере опытных растений фасоли в сравнении с контрольными растениями, численность бактерий группы кишечной палочки ниже на 63 %.

Диаграмма (рис. 2) наглядно демонстрирует снижение на 41 % числа споровых бактерий в стадии спор в филлосфере опытных (обработанных селеном) растений фасоли в фазу цветения по сравнению с филлосферой контрольных растений. Численность микроскопических грибов в филлосфере опытных растений фасоли в фазу цветения ниже на 43 %. Этот эффект можно объяснить тем, что перед цветением фасоли растения опрыскивали водным раствором селенита натрия с концентрацией селена 0,001%. Полагаем, что селен оказал бактериостатическое действие на микробиоту филлосферы фасоли.

Бактериостатическое действие селена, проявившееся в фазу цветения растений фасоли (в связи с опрыскиванием водным раствором селенита натрия с концентрацией селена 0,001%), продолжилось и в фазу плодоношения (рис. 3).

Бактерии, усваивающие органический азот

Бактериии группы Микроскопические кишечной палочки       грибы

Рис. 3. Численность бактерий, усваивающих органический азот, бактерий группы кишечной палочки и микроскопических грибов в филлосфере контрольных и обработанных селеном растений фасоли сорта «Сакса без волокна 615» в фазу плодоношения

В фазу плодоношения численность бактерий, усваивающих органический азот, в филлосфере опытных (обработанных селеном) растений снизилась на 56 % по сравнению с контрольными растениями. Количество бактерий группы кишечной палочки в филлосфере опытных растений стало ниже на 97 %, а микроскопических грибов – на 50 %, чем в филлосфере контрольных растений фасоли. По-видимому, эти группы микроорганизмов обладают наибольшей чувствительностью к микроэлементу селену.

Данные по изменению численности исследованных групп микроорганизмов в филлосфере контрольных и опытных растений фасоли в разные фазы ее развития представлены на рисунке 4.

При опрыскивании опытных растений фасоли водным раствором селенита натрия с концентрацией селена 0,001 % обнаружен бактериостатический эффект селена. Выявлено, что численность всех исследованных групп микроорганизмов в филлосфере опытных растений была достоверно ниже, чем в филлосфе-ре контрольных. Наибольшее бактериостатическое действие раствор селена оказал на бактерии группы кишечных палочек, численность которых в филлосфере опытных растений была на 97 % ниже, чем в фил-лосфере контрольных растений фасоли.

Общее количество аэробных бактерий, усваивающих

Бактерии группы кишечной палочки

Споровые бактерии в стадии спор

Микроскопические грибы

Рис. 4. Численность бактерий, усваивающих органический азот, бактерий группы кишечной палочки, споровых бактерий в стадии спор и микроскопических грибов филлосферы контрольных и опытных (обработанных селеном) растений фасоли сорта «Сакса без волокна 615» в разные фазы роста: 1 – проростков; 2 – цветения; 3 – плодоношения

Таким образом, экспериментально показано, что замачивание семян фасоли сорта «Сакса без волокна 615» в водном растворе селенита натрия с концентрацией селена 0,001 % и опрыскивание этим раствором растений перед цветением оказывают достоверный бактериостатический эффект как на микробиоту опытных семян, так и на микробиоту филлосферы опытных растений фасоли сорта «Сакса без волокна 615».

Выводы

• 1.    Обнаружен бактериостатический эффект селена на микробиоту семян фасоли сорта «Сакса без волокна 615», проявившийся в достоверном снижении общего количества аэробных бактерий, усваивающих органический и минеральный азот, бактерий группы кишечной палочки, микроскопических грибов.

• 2.    Опрыскивание растений фасоли сорта «Сакса без волокна 615» перед цветением водным раствором селенита натрия с концентрацией селена 0,001 % оказывает достоверное бактериостатическое действие на микробиоту филлосферы растений фасоли. Численность микроскопических грибов к концу вегетации роста опытных растений снизилась до 50 %, бактерий группы кишечной палочки до 97 %, бактерий, усваивающих органический азот, до 56 %, споровых бактерий в состоянии спор до 41 %, бактерий, использующих минеральные формы азота, до 18 %.