Электронный научный журнал
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 0,791

СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МИКРОБИОЦЕНОЗА РИЗОСФЕРЫ И РИЗОПЛАНЫ LYCOPERSICON ESCULENTUM MILL.

Алексеева А.С. 1 Потатуркина-Нестерова Н.И. 1
1 Ульяновский государственный университет
Проведено сравнительное изучение качественного и количественного состава микробоценоза ризосферы и ризопланы Lycopersicon esculentum Mill. В ходе исследования были выделены бактерии, заселяющие прикорневую зону томата обыкновенного. Проведена идентификация выделенных микроорганизмов по совокупности морфологических, тинкториальных, культуральных и биохимических свойств. Результаты исследования показали, что качественный состав микробного сообщества ризосферы и ризопланы представлен бактериями родов Acinetobacter, Pseudomonas, Alcaligenes, Enterobacter, Bacilus. Изучение количественного состава показало, что более плотно заселена бактериями ризосфера, по сравнению с ризопланой. В ризосфере и ризоплане Solanum lycopersicum доминирующими видами являются Acinetobacter Iwofii и Pseudomonas pseudoalcaligenes. Полученные результаты могут стать основой для разработки новых методов борьбы с патогенной микрофлорой растений, имеющих широкое практическое применение. Изученные штаммы ризобактерий могут быть использованы при создании современных биопрепаратов для защиты растений.
ризосфера
ризоплана
ризобактерия
микробиоценоз
1. Боронин А.М., Кочетков В.В. Биологические препараты на основе псевдомонад //
АГРО XXI. 2000. 140 с
2. Бухарин О.В.Ассоциативный симбиоз/О. В. Бухарин, Е. С. Лобакова, Н. В. Немцева, С. В. Черкасов.- Екатеринбург: УрО РАН, 2006. - 264с.
3. Добровольская Т.Г. Структура бактериальных сообществ почв/Т. Г. Добровольская.- М.: Наука, 2002. - 282с.
4. Завалин А. А. Биопрепараты, удобрения и урожай. – М.: Изд-во ВНИИА, 2005. – 302 с.
5. Звягинцев Д. Н. Растения как центры формирования бактериальных сообществ / Т.Г. Добровольская, Л.В. Лысак // Журн. общей биологии. - 1993. - Т. 54.- С. 183-199.
6. КравченкоЛ.В., Макарова Н.М., Азарова Т.С. и др. Выделение и фенотипическая характеристика ростстимулирующих ризобактерий (PGPR), сочетающих высокую активность колонизации корней и ингибирования фитопатогенных грибов. Микробиология, 2002, 71(4): 521-525.
7. Кравченко Л.В. Роль корневых экзометаболитов в интеграции микроорганизмов с растениями. Автореф. докт. дис. М., 2000.
8. Проворов Н.А. Генетико-эволюционные основы учения о симбиозе //Журн. общ. биологии, 2001. Т. 62. С. 472-495.
9. Рыбальский Н.Г., Лях С.П. Экобиотехнологический потенциал консорциумов микроорганихмов. В 3 т. М.: ВНИИПИ, 1990. Т. 1. С. 3-25.
10. Умаров М.М. Микробиологическая трансформация азота в почве / М.М. Умаров, А.В. Кураков, А.Л. Степанов. - М.: Геос, 2007. -137с.
11. Цавкелова Е.А., Климова С.Ю., Чердынцева Т.А. и др. Микробные продуценты стимуляторов роста растений и их практическое использование: обзор. Прикл. биохим. микробиол., 2006, 2: 133-143.
12. Kuiper I., LagendijkE.L., BloembergG.V.e.a Rhizoremediation: a beneficial plant-microbeinteraction. MPMI, 2004, 17(1): 6-15.
13. Mantelin S., Touraine B. Plant growth-promoting bacteria and nitrate availability: impacts on root development and nitrate uptake. J. Exp. Bot., 2004, 55: 27-34.
14. Neilands J.B. Siderophores: structure and function of microbial iron transport compounds. J. Biol. Chem., 1995, 45: 26723-26726.
15. Rodriguez H., Fraga R. Phosphate solubilizing bacteria and their role in plant growth promotion. Biotech. Adv., 1999, 17: 319-339.
16. Weller D.M., Raaijmakers J.M., McSpadden Gardener B.B. e.a. Microbial populations responsible for specific soil suppressiveness to plant pathogens. Annu. Rev. Phytopathol., 2002, 40: 309-348.
17. Whipps J.M. Microbial interactions and biocontrol in the rhizosphere. J. Exp. Bot., 2001, 52: 487-511.

Микроорганизмы, ассоциированныес растениями, в последние годы стали объектами активных исследований. К настоящему времени накоплен большой экспериментальный материал, доказывающий значительную роль ризобактерий в жизнедеятельности многих сельскохозяйственных растений[1,4]. 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) [5, 13]. В связи с этим в ризосфере и ризоплане в значительных количествах концентрируются бактерии, актиномицеты, грибы, водоросли и нематоды, существенно превышая количество этих организмов в обычной почве [3, 15]. Для изучения взаимодействий растений с полезными формами бактерий в ризосфере продуктивна концепция, согласно которой ризобактерии образуют с растением единую растительно-микробную систему (ассоциацию) с новыми свойствами, детерминированными положительным взаимодействием партнеров [2, 6, 8].

В образуемом эктосимбиозе корневые экссудаты растений являются субстратом и факторами роста некоторых групп микробных сообществ, которые выполняют роль антифитопатогенов, утилизаторов нежелательных продуктов метаболизма растений, регуляторов общей концентрации микроорганизмов в почве, регуляторов подвижности и кругооборота минеральных веществ в агроэкосистеме [7, 9, 11]. Это проявляется в улучшении минерального питания растений, интенсификации партнерства хозяина с доминантным симбионтом за счет локальной продукции фитогормонов; в поддержании в почве пула потенциальных микросимбионтов при высвобождении спор доминантного симбионта и, наконец, прямой защите растений от фитопатогенов [14,12].

В настоящее время изучен микробиоценоз корневой системы у представителей семейств злаковые и бобовые [10, 16, 17], состав ризосферы и ризопланы других растений, имеющих агропромышленное значение остается неизвестным.

Цель: сравнительное изучение микробного сообщества ризосферы и ризопланы Lycopersicon esculentum Mill.

Материал и методы исследования

Объектом исследования явились микроорганизмы, выделенные из ризосферы и ризопланы томата (Lycopersicon esculentum Mill.). Для выделения микроорганизмов ризосферы и ризопланы использовали метод последовательных отмываний корней по Теппер. Из почвенных монолитов с растениями стерильным пинцетом и ножницами отобрали 1,0 г молодых корней (примерно одного диаметра) с приставшими к ним частицами почвы. Корни помещали в колбу со 100,0 мл стерильной водопроводной воды и взбалтывали в течение 2,0 мин. Стерильным крючком или пинцетом корни извлекали из колбы и переносили последовательно во вторую, третью, четвертую, пятую, шестую и седьмую колбы, также содержащие по 100,0 мл стерильной водопроводной воды. В каждой колбе корни отмывали по 2 мин. В последней (седьмой) колбе в воду перед стерилизацией добавляли 5,0-7,0 г песка. Из каждой колбы отдельно стерильной пипеткой брали по капле суспензии и делали посев на поверхность питательной среды на чашки Петри.

Для определения количественного и качественного состава микрофлоры растения пользовались методом посева полученной суспензии на плотные питательные среды: МПА, Эндо, Симмонса, культуры инкубировали при температуре 37°С в течении 48 ч. Идентификацию микроорганизмов осуществляли на основе изучения морфологических, тинкториальных, культуральных и биохимических свойств выделенных микроорганизмов  с помощью программного обеспечения для автоматизированной идентификации бактерий производства ООО «НПО Диагностические системы».

В процессе идентификации у неферментирующих бактерий определяли подвижность, наличие оксидазы, окисление глюкозы OF, желатина, мочевины, лизиндекарбоксилазы, лактозы, чувствительность к пенициллину, образованию индола и сероводорода, рост на среде Симмонса.

Энтеробактерии идентифицировали по отношению к мочевине, малонату натрия, орнитиндекрбоксилазе, лизиндекарбоксилазе, фенилаламиндезаминазе, подвижность, образование индола, сероводорода, реакцию Фогеса-Проскауэра и окисление глюкозы OF.

Для идентификации бацилл  определяли подвижность, наличие спор, наличие каталазы, маннита, крахмала, мочевины, способность к гемолизу и реакцию Фогес-Проскауэра.

Результаты исследования и их обсуждение

Проведенные исследования показали, что в состав микробиоценоза корней томатов входили неферментирующие бактерии, энтеробактерии и бациллы.

Неферментирующие бактерии были представлены родами Acinetobacter, Pseudomonas и Alcaligenes. Бактерии имели палочковидную форму, по Граму окрашивались отрицательно, обладали типичной ферментативной активностью (табл. 1).

Таблица 1

Биохимические свойства неферментирующих бактерий ризосферы и ризопланы томатов

 

Виды микроорганизмов

подвижность

оксидаза

окисление глюкозы ОF

желатин

мочевина

лизиндекарбоксилаза

аргигидекарбоксилаза

10% лактоза

чувствительность к пенициллину

индол

Симмонса

сероводород

1.

AcinetobacterIwofii

-

-

щ/-

-

+

-

-

-

-

-

-

-

2.

Pseudomonas pseudoalcaligenes

+

+

щ/-

-

+

-

+

-

-

-

+

-

3.

Acinetobactercalcoaceticus

+

+

+/-

-

+

-

+

-

+

-

+

-

4.

Alcaligenesfaecalis

+

+

-/-

-

-

-

-

-

+

-

+

-

 

Сем. Enterobacteriaceae и в ризоплане, и в ризосфере было представлено только одним видом – Enterobacter aerogenes. При микроскопии данные бактерии имели палочковидную форму, по Граму окрашивались  отрицательно, обладали подвижностью и выраженной ферментативной активностью, связанной с образованием многочисленных сахаролитических, протеолитических и других ферментов. Они не обладали способностью к образованию индола и сероводорода, не расщепляли мочевину, не выделяли фенилазаминдезаминазу. Энтеробактерии давали положительную пробу с цитратом натрия на среде Симмонса, Фогеса-Проскауера, синтезировали малонат натрия, орнитиндекарбоксилазу, лизиндекарбоксилу, вызывали окисление глюкозы.

Род Bacillus на поверхности корней и в прилегающей к ним почве был представлен двумя видами –Bacillus subtilis и Bacillus megaterium, имеющими  типичные морфологические, тинкториальныеи биохимические свойства (табл. 2).

Таблица 2

Характеристика  биологических свойств бацилл

Вид

наличие спор

подвижность

каталаза

лецитиназа

гемолиз

маннит

крахмал

мочевина

реакция ФогесПроскауера

Bacillus subtilis

+

 

+

-

-

+

+

-

+

Bacillus megaterium

+

+

 

-

-

-

+

+

-

 

Сравнительное исследование состава микробиоценоза ризосферы и ризопланы томата (Lycopersicon esculentum Mill.) показало, что количественные показатели бактерий Acinetobacter Iwofii ризосферы были в 1,13 раз больше, чем ризопланы, а  Acinetobacter calcoaceticus– в 1,18 раза. Плотность колонизации Pseudomonas pseudoalcaligenes больше в 1,14 раза в ризосфере, по сравнению с ризопланой, а Alcaligenes faecalis– в 1,40 раза.

Показатели плотности колонизацииEnterobacter aerogenes в ризосфере были в 1,24раза, Bacillus subtilis– в 1,76 раз, Bacillus megaterium– в 1,22 раза выше, чем в ризоплане (табл. 3).

Таблица 3

Показатели плотности колонизации микробиоты ризосферы и ризопланы Lycopersicon esculentum Mill.  (lgКОЕ/мл)

Виды

Ризосфера

(lgКОЕ/мл)

ризоплана (lgКОЕ/мл)

1

AcinetobacterIwofii

3, 48±0,47*

3,08±0,11

2

Acinetobacter calcoaceticus

3,08±0,13*

2,60±0,17

3

Pseudomonas pseudoalcaligenes

3,18±0,50*

2,78±0,30

4

Alcaligenesfaecalis

2,60±0,19*

2,00±0,15

5

Enterobacteraerogenes

2,48±0,27*

2,00±0,14

6

Bacillus subtilis

2,08±0,23*

1,18±0,12

7

Bacillus megaterium

2,18±0,18

1,79±0,16

*– показатель достоверности различий показателей плотности колонизации микробиоты ризосферы и ризопланы Lycopersicon esculentum Mill. ( р <0,05).

            Частота встречаемости исследуемых микроорганизмов в ризосфере и ризоплане была следующая: Acinetobacter Iwofii 61% и 57%, Acinetobacter calcoaceticus 59% и 53%, Pseudomonas pseudoalcaligenes 58% и 51%, Alcaligenes faecalis 44% и 43%, Enterobacter aerogenes 39% и 37%Bacillus subtilis 48% и 35%, Bacillus megaterium 51% и 42% соответственно (рисунке).

Показатели частоты встречаемости видового состава микроценоза ризосферы и ризопланы Lycopersicon esculentum Mill. (%)

В результате сравнительного изучения микробиоценоза корней томатов установлено, что качественный состав ризосферы и ризопланы одинаков, но имеются количественные различия микробного населения,  ризосфера является более плотно заселенной нишей по сравнению с ризопланой.

Выводы

1.Видовой cостав ризосферы и ризопланы томатов представлен неферментирующими бактериями – Acinetobacte rIwofii, Pseudomonas pseudoalcaligenes, Acinetobacter calcoaceticus, Alcaligenes faecalis; энтеробактериями – Enterobacter aerogenes и бациллами –Bacillus subtilis, Bacillus megaterium.

2. Доминирующими видами и ризосферы являются Acinetobacter Iwofii, частота встречаемости которых составляет 61% и Pseudomonas pseudoalcaligenes,с частотой встречаемости 58%.

3.Доминирующими видами ризопланы являются Acinetobacter Iwofii, частота встречаемости которых составляет 57% и Pseudomonas pseudoalcaligenes, с частотой встречаемости 51%.

4. Наиболее плотнозаселенной нишей из изученных биотопов является ризосфера. Наибольший уровень плотности колонизации имеет вид Acinetobacter Iwofii, его показатели и в ризосфере, и в ризоплане составляет 3,48±0,47 lgКОЕ/мл и 3,08±0,11 lgКОЕ/мл соответственно (р < 0,05).

 

Рецензенты:

Золотухин В.В., д.б.н., профессор кафедры зоологии ФГБОУ ВПО «Ульяновский государственный педагогический университет им. И. Н. Ульянова», г. Ульяновск;

Артемьева Е.А., д.б.н., профессор кафедры зоологии ФГБОУ ВПО «Ульяновский государственный педагогический университет им. И. Н. Ульянова», г. Ульяновск.


Библиографическая ссылка

Алексеева А.С., Потатуркина-Нестерова Н.И. СРАВНИТЕЛЬНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА МИКРОБИОЦЕНОЗА РИЗОСФЕРЫ И РИЗОПЛАНЫ LYCOPERSICON ESCULENTUM MILL. // Современные проблемы науки и образования. – 2014. – № 6.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=16597 (дата обращения: 12.12.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074