Ризосферные аборигенные микроорганизмы, способствующие росту и развитию растений

Введение. Ассоциативные диазотрофные и фосфатмобилизующие микроорганизмы распространены повсеместно и включают представителей разных таксономических групп - хемотрофов и фототрофов, аэробов и анаэробов, бактерий и архей [3, 8]. Механизм действия этих микроорганизмов на эукариоты имеет комплексный характер: помимо улучшения азотного и фосфорного питания они повышают всхожесть семян, улучшают минеральное питание растений и, в итоге, увеличивают урожайность, что обусловлено способностью продуцировать регуляторы роста, антибиотики и сидерофоры, ограничивать рост микроорганизмов-фитопатогенов. Поэтому создание биопрепаратов на основе эффективных аборигенных микроорганизмов является актуальной задачей современного сельского хозяйства.

Целью проведенных исследований являлось выделение и изучение ризосферных аборигенных микроорганизмов, способствующих росту и развитию растений.

Материалы и методы исследований . Поиск и выделение ризосферных аборигенных микроорганизмов проводили из различных почв Республики Татарстан. По совокупности культуральноморфологических признаков осуществляли идентификацию микроорганизмов до рода с помощью определителя Берджи [6]. Выделение аэробных азотфиксирующих ассоциаций микроорганизмов проводили на среде Эшби, фосфатмобилизующих микроорганизмов – на среде Муромцева [5]. Нитрогеназную активность определяли ацетиленовым методом [2]. Чистота культур периодически проверялась микроскопированием с фазовым контрастом и высевом на элективные питательные среды.

Изучали влияние инокуляции азотфиксирующими ( Azotobacter chroococcum ), фосфатмобилизующими микроорганизмами ( Sphingobacterium multivorum ), а также созданным на их основе консорциумом (соотношение 1:1) на длину и биомассу проростков [7] с помощью биотестов, в качестве которых использовали зерновые культуры – пшеница Triticum aestivum L. и просо Panicum miliaceum ; кормовые – кукуруза Zea mays L.; бобовые – горох Pisum sativum L . ; овощные – огурцы Cucumis sativus , томат Solanum lycopersicum , редис Raphanus sativus и салат Lactuca sativa L. [1]. Семена исследуемых сельскохозяйственных растений стерилизовали с поверхности 70% этиловым спиртом в течение минуты, затем 1% раствором перманганата калия в течение 20 минут и тщательно промывали стерильной дистиллированной водой. Обработанные таким образом семена раскладывали в чашки Петри на поверхность увлажненной фильтровальной бумаги в количестве 25 штук на чашку. После двух суток инкубирования в темноте при 26°С проростки обрабатывали исследуемыми микроорганизмом и созданным на их основе комплексом. Титр - 10⁸ кл/мл. Спустя 2-4 суток инкубирования на свету при 22°С определяли общую длину проростков (мм) и сухую массу (мг).

Измерение всех параметров проводили не менее чем в трехкратной повторности. Статистическую обработку результатов проводили с помощью электронных таблиц Excel и программы Origin 4.1.

Достоверность различий полученных результатов оценивали с использованием коэффициента Стьюдента.

Результаты исследований . Из различных почв Татарстана было выделено более 100 аборигенных эффективных микроорганизмов. В дальнейшем были выбраны культуры с наибольшей нитрогеназной и антагонистической активностью. К наиболее активным из выделенных микроорганизмов ( Azotobacter chroococcum, Sphingobacterium multivorum и др.) применялась направленная селекция, и они были задепонированы в коллекции ФГУП ГосНИИгенетика. Идентификация этих штаммов была проведена методом установления нуклеотидной последовательности 16S рРНК.

Затем провели изучение влияния выделенных штаммов на повышение эффективности прорастания тест-культур и развитие проростков, так как хорошее качество посевного материала – высокая энергия прорастания семян и дружный рост всходов – важные условия, обеспечивающие в дальнейшем получение высоких урожаев.

Ассоциативные микроорганизмы по-разному влияли на энергию прорастания семян исследуемых сельскохозяйственных культур. Например, они оказали стимулирующий эффект на все исследуемые зерновые культуры. Максимальные показатели были отмечены в вариантах с Triticum aestivum L. (на 9,3-30,6% выше контроля). Стимулирующий эффект на изучаемый параметр был получен и в опытных вариантах с Pisum sativum L . и Zea mays L. Инокуляция этими микроорганизмами положительно повлияла и на некоторые овощные культуры, такие как Solanum lycopersicum и Raphanus sativus . Необходимо отметить, что внесенные штаммы на энергию прорастания Cucumis sativus и Lactuca sativa L. не повлияли.

Длина проростков зерновых культур заметно возрастала при инокуляции изучаемыми штаммами. Бактеризация оказала практически одинаковый стимулирующий эффект на Pisum sativum L . и Zea mays L. Максимальные показатели были отмечены для Cucumis sativus в варианте с инокуляцией Azotobacter chroococcum (на 33,3% больше по сравнению с контролем).

Все исследуемые аборигенные микроорганизмы оказали положительное влияние на биомассу проростков изучаемых зерновых культур. При этом наибольший стимулирующий эффект (на 64,3% выше уровня контроля) был отмечен в вариантах с применением комплекса ( Azotobacter chroococcum и Sphingobacterium multivorum ). Биомасса проростков при бактеризации увеличилась в 1,1-5,0 раз у Pisum sativum L . и Zea mays L.. При изучении влияния внесенных штаммов на этот показатель у овощных культур было отмечено их стимулирующее действие для Solanum lycopersicum и Lactuca sativa L. с применением консорциума.

На длину корешков зерновых и овощных культур все исследуемые аборигенные штаммы оказали стимулирующий эффект. При этом наибольшим он был у Pisum sativum L . (на 70,0-160,0% выше контроля).

На биомассу корешков всех исследуемых растений инокуляция аборигенными микроорганизмами также оказала стимулирующее действие. Этот показатель был выше у Triticum aestivum L. на 20,0-38,0%, у Panicum miliaceum – 18,0-66,7%, а у Raphanus sativus на 8,0-17,0% по сравнению с контролем. Для Pisum sativum L. отмечены самые высокие показатели (на 80,0-320,0% по сравнению с контролем).

Заключение. Впервые из различных почв Республики Татарстан выделены аборигенные агрономически важные микроорганизмы, улучшающие азотное и фосфорное питание растений, из которых сформирована коллекция. Бактеризация микроорганизмами с высокой нитрогеназной активностью и способностью мобилизовывать фосфор труднодоступных соединений положительно влияла на энергию прорастания, формирование проростков различных сельскохозяйственных культур и другие показатели. При этом инокуляция консорциумом оказалась более эффективной, чем каждым отдельно взятым микроорганизмом. Это связано, по-видимому, с тем, что ассоциация способна более гибко реагировать на экологические факторы, полнее использовать потоки энергии и утилизировать субстраты [4]. Поэтому в экологически ориентированном сельскохозяйственном производстве актуальным является использование высокоэффективных аборигенных микроорганизмов, не требующих высоких затрат и позволяющих повысить продуктивность растений.

ЛИТЕРАТУРА: 1. Бабьева, И.П. Биология почв / И.П. Бабьева, Г.М. Зенова // М.: изд-во МГУ, 1989. – 336 с. 2. Гарусов, А.В. Газохроматографический метод анализа в биомониторинге почвы. Методическое пособие / А.В. Гарусов, Ф.К. Алимова, Н.Г. Захарова // Казань: Изд-во КГУ, 1999. – 28 с. 3. Захарова, Н.Г. Создание биопрепаратов, перспективных для сельского хозяйства / Н.Г. Захарова, З.Ю. Сираева, И.П. Демидова, С.Ю. Егоров // Ученые записки Казанского университета. Серия: Естественные науки, 2006. – Т. 148, №2. – С.102-111. 4. Злотников, А.К. Ризосферная азотфиксирующая ассоциация Bacillus firmus - Klebsiella terrigena и ее влияние на яровой ячмень при инокуляции: Автореф. дис. … канд. биол. наук / А.К. Злотников. – Москва, 1998. – 20 с. 5. Методы почвенной микробиологии и биохимии / Под ред. Д.Г. Звягинцева.- М.: МГУ, 1991. – 304 с. 6. Определитель бактерий Берджи: в 2 т. / под ред. Дж. Хоулта. – М.: Мир, 1997. – 800 с. 7. Павлова-Иванова, Л.К. Изучение характера взаимодействия Azospirillum brasilense с растениями / Л.К. Павлова-Иванова, Т.И. Баканчикова, Е.Ю. Кортунова // Микробиология. - 1995. – Т.64, №3. – С.387-392. 8. Умаров, М.М.

Азотфиксация в ассоциациях организмов / М.М. Умаров // Проблемы агрохимии и экологии, 2009. – №2. – С.22-26.

РИЗОСФЕРНЫЕ АБОРИГЕННЫЕ МИКРООРГАНИЗМЫ, СПОСОБСТВУЮЩИЕ РОСТУ И РАЗВИТИЮ РАСТЕНИЙ

Дмитричева Д.С., Яппаров А.Х., Дегтярева И.А.

Резюме

Из корневой зоны различных сельскохозяйственных культур выделены эффективные микроорганизмы с полифункциональными положительными свойствами, способные в ассоциации с корнями небобовых растений фиксировать атмосферный азот и мобилизовывать фосфор. Установлено более эффективное использование сформированного на их основе комплекса.

RHIZOSPHERE NATIVE MICROORGANISMS PROMOTING GROWTH AND DEVELOPMENT OF PLANTS

Dmitricheva D.S., Yapparov A.H., Degtereva I.A.