Сетевое издание

Современные проблемы науки и образования

ISSN 2070-7428

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,006

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

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.

Статья в формате PDF

238 KB

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

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

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)

*– 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