Микробно-растительное взаимодействие ассоциативных диазотрофов и интродуцентов

Материалы и методы исследований. Выделение азотфиксирующих микроорганизмов проводили по разным методикам (Шиляева, Яковлева, 1988; Емцев, 1994 и др.). Нитрогеназную активность выделенных микроорганизмов оценивали ацетиленовым методом (Гарусов и др., 1998). Способность диазотрофов синтезировать: индолил-3-уксусную кислоту (ИУК) определяли фотоколориметрическим методом (Колешко, 1981), витамины группы В по методу Ю.М. Возняковской (1989). Опыты в вегетационных сосудах проводили с растениями A. cruentus, A. caudatus, А. hypochondriacus, A.mantegaz-zianus и А. paniculatus на дерново-подзолистой среднесутлинистой почве с агрохимической характеристикой: pH -5,9, гумус - 1,8%, Nщ-г - 86,6 мг/кг, Р2О5 и К2О - 52,5 и 78,0 мг/кг соответственно. Удобрения не вносили. Объектом исследования служили изолированные корни растений с прилегающим слоем почвы толщиной не более 2 мм (ризосфера). Общим контролем являлась почва без растений.

Эксперименты проводились не менее, чем в трехкратной повторности. Анализ полученных данных осуществляли с использованием программы Origin 4.1 (Германия), принимая критерий Р < 0,05 достаточным для достоверной разницы.

Результаты исследований. В составе сообщества ризосферных азотфиксирующих микроорганизмов амаранта доминировали представители родов Azotobacter и Azospirillum, которые составляли от общего количества диазотрофной микрофлоры в зависимости от фазы онтогенеза 20-35% для азотобактера и 15-32% для азоспирилл. Для создания консорциумов были отобраны представители родов Azotobacter и Azospirillum с наибольшей степенью активности нитрогеназы, выделенные из ризосферной зоны A. cruentus, A.caudatus и A. panicidatus.

При изучении нитрогеназной активности было установлено, что этот показатель у бинарных комплексов был выше в 1,6-1,8 раз. чем у чистых культур. Активность ацетиленредукции комплекса штаммов из представителей родов Azotobacter и Azospirillum была самой высокой и превосходила нитрогеназную активность чистых культур в 1,9-3,2 раза.

При изучении способности штаммов азотфиксаторов продуцировать максимальное количество физиологически активных веществ - витаминов группы В и ИУК было выбрано оптимальное время инкубации - на 4 сутки. К более активным продуцентам пиридоксина среди чистых культур относятся A. chroococcum Ш25, тиамина — A. chroococcum В35.

Большинство штаммов синтезировали в значительных количествах пиридоксин и тиамин (до 1,90 и 2,15 мг/л соответственно). Консорциумы продуцировали витамины (за исключением биотина) в большем количестве, чем чистые культуры.

Исследуемые микроорганизмы и их консорциумы продуцировали ИУК. максимальное накопление которой также происходило на 4 сутки (32,5-75,4 мг/л). Сравнительная характеристика исследуемых культур показала, что наиболее активными продуцентами ИУК являлись консорциумы азотфиксаторов.

Установлено, что все азотфиксаторы в той или иной степени оказывали угнетающее действие на развитие микроскопических грибов, встречающихся в ризосфере амаранта. Наиболее сильное антагонистическое действие все изучаемые культуры проявляли по отношению к микромицетам родов Fusarium, Alternaria и Aspergillus. Максимальный подавляющий эффект в отношении всех изученных микромицетов использовании

составленного

отмечали при комплекса штаммов, из азотобактера и азоспирилл (26,0-73,1%).

Сочетание высокой азотфиксируюшей способности бактерий с антибиотической активностью характеризовало с новой стороны эти микроорганизмы и заслуживает особого внимания в связи с использованием родов Azotobacter и Azospirillum для защиты растений от бактериальных и грибных заболеваний.

В вегетационных опытах изучение активности ацетиленредукции в ризосфере инокулированных растений A,cruentus, Л. caudatus, А. hypochondriacus, A.mantegazzianus и A. paniculatus на разных стадиях онтогенеза показало наличие ее четко выраженной динамики с максимумом в фазы бутонизации и цветения. В этот период активность азотфиксации в ризосфере инокулированных растений была примерно в 13,6-19,1 раз выше по сравнению с почвой без растений. У контрольных растений эти параметры различались в 9,0-11,2 раз. Активность ацетиленредукции у бактеризованных растений в фазе цветения превышала в 4,0-7,1 раза (в зависимости от видообразца амаранта) соответствующие значения для вегетативной фазы, у контрольных растений этот диапазон составил - 2,8-6,5 раз. Внутри видообразца разница (в мкг М2/кг-ч) между инокулированными и контрольными растениями в вегетативной фазе варьировала от 7,3 (A. cruentus) до 27,2 (А. mantegazzianus), в фазе бутонизации - от 39,4 (A. hypochondriacus1) до 83,0 (А. mantegazzianus), в фазе цветения - от 88,1 (A. cruentus) до 135,0 (A. caudatus). Установлено, что самой высокой активностью азотфиксации в фазе цветения характеризовался инокулированный консорциумом азотфиксаторов A. caudatus, ацетиленредукция у которого была в 1,3 раза выше, чем в среднем в опыте, и соответственно в 2,1 раза от минимальной величины. Высокая активность была отмечена также у опытных растений A. cruentus, нитрогеназная активность которых была выше средней в опыте в 1,1 раза, а минимальной - соответственно в 1,8 раз. Достоверно меньшей активностью азотфиксации в фазе цветения обладали (в мкг N2/Kr-4) A. hypochondriacus (131,2 и 230,5) и A. paniculatus (143,4 и 240,1 в контроле и опыте соответственно). При регулярном высеве на элективные среды было установлено, что штаммы сохранялись в ризосфере инокулированных растений в течение всего вегетационного периода. К началу цветения растений их численность оставалась на уровне 1,ЗхЮ6 КОЕ/г почвы. В результате бактеризации комбинацией штаммов азотфиксирующих бактерий из пяти образцов амаранта в условиях вегетационного опыта было выделено три видообразца с высокой нитрогеназной активностью в фазе цветения (.4. caudatus — 495,4, A. cruentus - 408,2 и А. mantegazzianus — 308,6 мкг К2/кг-ч). Отмечено достоверное влияние бактеризации на биометрические показатели. Максимальная высота растения и масса корневой системы были отмечены у инокулированных растений А.

mantegazzianus. Наблюдения показали, что биомасса амаранта при бактеризации его семян увеличивалась, в зависимости от стадии онтогенеза, как за счет высоты растений (в 1,5-2,4 раза), так и за счет массы всего растения (в 1,2-1.5 раз). У растений A. caudal им наблюдалось максимальное содержание сырого протеина и белкового азота. Значительно увеличилось содержание протеина (в 1,1-1,2 раза) в различных органах амаранта при бактеризации. Это имеет особенно важное значение, поскольку корма из амаранта вводятся в рацион животных, в основном, как белковая добавка. Содержание фосфора и калия в листьях и стеблях по мере развития растений уменьшалось. Однако, процентное содержание этих элементов было выше у бактеризованных растений. Полученные данные позволяют рекомендовать для бактеризации различных сельскохозяйственных культур консорциум азотфиксирующих бактерий, обладающих полифункциональным положительным действием на растения, а именно -высокой нитрогеназной и антагонистической активностью, ростстимулирующими свойствами. Научная новизна разработок защищена четырьмя патентами Российской Федерации.

Заключение. Усиление биологической фиксации молекулярного азота в ризосфере растений рода Amaranthus L. при инокуляции консорциумом диазотрофов, способность этих бактерий сохраняться и приживаться в ризосфере, увеличение массы инокулированных растений свидетельствуют об ассоциативных взаимоотношениях амаранта с азотфиксирующими микроорганизмами и о положительной роли этих бактерий в режиме азотного питания растений. Очевидно, что внесение микроорганизмов и последующее развитие их в корневой зоне сельскохозяйственных культур приводит к изменению интенсивности физиолого-биохимических процессов в растениях, что в конечном итоге обусловливает продуктивность растительных организмов. В современных экономических условиях, на фоне тенденции к сокращению производства дорогостоящих минеральных азотных удобрений перспективны сельскохозяйственные растения с повышенной активностью азотфиксации.

Резюме

При микробно-растительном взаимодействии интродуцентов (видообразцы рода Amaranthus LA и ризосферных диазотрофов имеет место взаимная стимуляция макро- и микроорганизмов, которая является основанием для повышения продуктивности и устойчивости амаранта к различным стресс-факторам. В составе сообщества ризосферных азотфиксирующих микроорганизмов амаранта доминируют представители родов Azotobacter и Azospirillum, которые составляют от общего количества диазотрофной микрофлоры в зависимости от фазы онтогенеза 20-35% для азотобактера и 15-32% для азоспирилл. Для целей бактеризации амаранта сформирован консорциум микроорганизмов, включающий штаммы Azotobacter chroococcum и Azospirillum spp. с повышенной нитрогеназной и антибиотической активностью, со способностью продуцировать метаболиты. Выявленное взаимодействие в системе растение - диазотрофы позволяет использовать результаты исследований для углубления теории ассоциативной азотфиксации и ее практического применения для получения экологически безопасной фито массы амаранта.

PLANT-MICROBE INTERACTION ASSOCIATING OF DIAZOTROPHS