close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

2310

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ft~2£gW
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРОПРОМЫШЛЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
. МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА
И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ имени К. А. ТИМИРЯЗЕВА
На правах рукописи
АХМЕДОВ Физули Теймур оглы
УДК 631.461
АНАЭРОБНЫЕ ДИАЗОТРОФЫ РОДА
CLOSTRIDIUM И НИТРОГЕНАЗНАЯ АКТИВНОСТЬ
В КОРНЕВОЙ ЗОНЕ РАСТЕНИИ
РАЗЛИЧНЫХ ГЕНОТИПОВ
Специальность — 03.00.07 — микробиология
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата биологических наук
МОСКВА— 1988
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
•-<-':•'
^Й&&л£;
/
SSJ'S..,'.—
•^^ч />#%tyfyb
Работа выполнена на кафедре микробиологии Московской
сельскохозяйственной академии им. К. А. ^Тимирязева.
Научный руководитель—доктор биологических наук, про­
фессор В. Т. Емцев.
Официальные оппоненты — доктор биологических наук,
профессор Петров-Спиридонов А. Е.; доктор биологических
наук, ст. научный сотрудник Летунова С. В.
Ведущее учреждение;—Всесоюзный
научно-исследова­
тельский институт сельскохозяйственной
микробиологии
ВАСХНИЛ.
' > • • ' ' •
Защита диссертации состоится «22» •Лл^р^лм
. 1988 г.
в «/S"i* часов на заседании Специализированного совета
К-120.35.01 в.Московской сельскохозяйственной академии им.
К. А. Тимирязева.
/ .
Адрес: 127550, Москва И-550, ул. Тимирязевская, 49. Сек­
тор защиты диссертаций ТСХА.
С диссертацией можно ознакомиться в ЦНБ ТСХА.
Автореферат разослан «20» -Дт£^fa-3. '.".. . 1988 г.
Учёный секретарь
Специализированного совета —
кандидат биологических наук
С&Ссг
С. М. Саблина.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. В Основных направлениях экономическо­
го и социального развития СССР на I98S-I990 гг. и из период до
2000 года, утвержденных ХХУП съездом КПСС, в качестве важнейшей
задачи в области сельского хозяйства намечено дальнейшее увели­
чение производства и повышение качества сельскохозяйственной
продукции. Ее решении должно способствовать широкое развитие ис­
следований по проблемам, связанным с разработкой научных основ
повышения плодородия почв и охраны окружающей природа. Известно,
что жизнедеятельность почвенных микроорганизмов наиболее активно
протекает в корневой зоне (ризосфере) растений, л которую посту­
пают корневые выделения, ЯЕЛякшесл для микроорганизмов как трс—
- фичоским, так и энергетическим источником (Берестецкий,1982;РозЪgate, 1974; Balandreau, 1986; Dart, 1986). Взаимоотношения расте­
ний с ризосферной микрофлорой в большинстве случаев носят харак­
тер раздельного симбиотрофизмэ, так как они полезны и растениям
и микроорганизмам (Возняковская, 1969).
Наряду с аэробными микроорганизмами, в составе микрофлоры
корневой зоны существенное место занимают и анаэробные мпкроорга- низмы (Bennott,lynch, I98I). Несмотря на большую роль, которую
выполняют эти микроорганизмы в анаэробной зоне биосферы, их ис­
следованию в-почве и, в частности, в корневой зоне растопи*,
• уделяется еще недостаточно внимания (Dart, I986)-. Весьма актуаль­
на пзсслфровка такого вопроса, как взаимосвязь количественного и
качественного состава анаэробов ризосферы и их азотфпксируюцей
'активности с растениями разных генстйгюг. При решении этого гоп; роса необходимо прежде всего учитывать роль фотосинтеза различ­
ных растений в глзнодеятельиости микроорганизмов, рэзиивэкплхсл
• р 'ногтевой зоне»
"
-' .
*>
r
•-'•:•::'•'* fc£*3W
>
к'.л ••.•»?...-«I од-.иа .Р-имга
ccj:b ,.>r '-Re n'1!, .-•{ ц е ъ л :
s:4. К . A . 'ii.KWinuis::*!
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
* Цель к задачи исследований. Целью исследований явилось изуче­
ние численности анаэробных бактерий рода.Clostridium, их китроге-казной активности в корневой зоне растений различных генотипов,
обладающих разной интенсивностью фотосинтеза.
Основные задачи исследований: I.-.Изучить' динамику численнос­
ти различных физиологических подгрупп анаэробных бактерий в кор­
невой зоне сельскохозяйственных раотекий. 2. Определить китрогеназную активность ризосферной почвы, накопительных и чистых куль-;
тур анаэробных бактерий, выделенных из почвы. 3. Выяснить зависи­
мость между интенсивностью фотосинтеза, китрогеназной активностью,
численностью бактерий и содержанием АТФ в корневой зоне растений ;
различных генотипов. 4. Изучить способность анаэробных бактерий
к колонизации Корневой системы разных сортов сельскохозяйственных
растений и их нитрогеназную активность в условиях гнотобиотической культуры растений.
Научная новизна. Проведены исследования анаэробной микрофло­
ры в ризосфере и ризоплане различных сортов сельскохозяйственных
растений, изучен количественный состав сахаролитических и протес—
литических анаэробов рода Clostridium, Показано, что количест­
венный и качественный состав анаэробов в корневой зоне растений
генетически детерминирован. Впервые дана сравнительная характе­
ристика нитрогеназной активности в корневой зоне различных сортов ,
риса, пшеницы, овса, ячменя, кукурузы и проса. Среда сортов изу­
ченных видов раотений обнаружены представители с'высокой актуаль­
ной и потенциальной нитрогеназной активностью. Впервые определено .
содержание АТС в ризосфере различных растений и показана ее связь
с китрогеназной активностью. Математически доказана множественная
корреляционная зависимость между интенсивностью фотосинтеза, чис­
ленностью анаэробных азотфиксаторов, содержанием АТФ и китроге­
назной активностью в корневой зоне различных сортов растений. '••'..-;.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Характер указанных взаимозависимых процессов определяется геноти­
пом растения. С помощью сканирующей"электронной микроскопии пока­
зано микрозональное распределение бактерий на корнях растений
при инокуляции в условиях гнотобиотических культур.
Практическая ценность. Результаты работы важны для понимания
организации и функционирования генетически детерминированной ас­
социации сорт растения - анаэробный азотфиксатор и могут быть ис­
пользованы при разработке научно обоснованных подходов по регули­
рованию и интенсификации процесса фиксации взота небобовыш куль­
турами. Полученные результаты могут быть использовзны и для выра­
ботки подходов к оценке состояния азотфиксаторов в естественных
ассоциациях растение - микроорганизм при их искусственной иноку­
ляции.
'
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы
были доложякы ка нвучных конференциях молодых ученых в ТСХА
(Мэсква,1985,1986), УП съезде Всесоюзного микробиологического
общества (Алма-Ата,1985), Мзжреспубликаноких научных конференци­
ях (Вильнюс, 1986;Баку,1986;Киев, 1987), Ш Всесоюзной конференции'
"Лйкрооргаиизмы в сельском хозяйстве" (МГУ, 1986).
• Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 работ.
Структура диссертации. Диссертация содержит 228 страниц ма­
шинописного текста и состоит из введения, обзора литератупы,
описания материалов и методов, изложения результатов и их обсуж­
дения, выводов, списка литературы- и 21 приложения. Работа иллюст­
рирована 28 рисунками, 63 таблицами. Список использованной лите­
ратуры включвет 314 работ, в том числе 221 зврубежных авторов.
' • Работа выполнена На кзфедре микробиологии Мэсковской ордена
Ленина и ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственной
академии им. К. А. Тимиряз евз.
-
3
-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Автор выражает искренни» благодарность ст. н, сотруднику ка- ''.федры микробиологии ТСХА Л.К.Йщэ за ценные советы и указания
при выполнении и подготовке .диссертационной работы.
.. ,
.
•'''.-. ОБЪЕКТЫ И МЕИда'ЙССЛВДОВАНИЙ.^;';^':'.''}'' ^••'•,'Чfayчelшв.'poли тенотипафаогений О'раэличн'ой интвнЬивнЬот'ьв .
фотосинтеза в.развитии и-формировании ассоциаций анаэробных
. .
азотфиксируших бактерий рода Clostridium и продуктивности не- ,
симбиотической фиксации азота атмосферы в корневой зоне провода-.
ли в.условиях вегетационных опытов,, заложениых на полевой;опыт—"
ной-станции ТСХА в I984-I986 г г .
; • '
Для закладки опыта с 17 сортами риса использовали карбонат­
ный среднесуглинистый чернозем, отобранный из пахотного слоя
(0-20 см) на опытном поле ВНИИРиса (Краснодарский,край), у
Опыты с I I сортами ячменя, 9 сортами овса, 5 сортами проса, ..
14 сортами пшеницы И'З сортами кукурузы закладывали на дерново-*
подзолистой ореднесугяинистой почве, взятой из слоя 0-20 см на У . '
ХвоноЙ опытной даче ТСХА. : :,•,';-V-' ''•''
'-.V- УУУ: '.'•'••
Для проведения микробиологических и биохимических анализов '•
отбирали образцы (ризосферной почвы и ризопланы)'из' корневой з о ­
ны сельскохозяйственных растений в 5 сроков за. вегетационный пе­
риод (s фазы прораста1Ия,куцения,кологеш1я,цветения и молочной спелости). Образцы ризосферной почвы и ризоалаш отбирали по ме­
тоду, описанному Д.Г.Звягинцевым с соавт. (1980).
Насчет количества микроорганизмов в ризоплано проводили на I :
г-сухих корней, а в ризосфере и почве без растений - на I г аб£оИютпо сухой почвы, пользуясь таблицами Мак-Креди.
,,
Определение численности анаэробных бактерий рода oiootridiua
проводили на ряде питательных сред. Для количественного учета . •" .
-
4
-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
сзхаролитических анаэробов использовали следующие среды: пептонодрожжевую среду с глюкозой для учета С. paotourianum (йлцев,
1965) и 5#-ный кукурузный затор для учета С. acetobutylicua
(Омелянский,1940). Для суммарного учета сахаролитических и протеачитических анаэробов рода Clo3triuiiaa применяли среду КСМ
(Sebaid ct a l . , 1966). Учет протеолитическпх анаэробов проводили
на среде VL (Takoda,Furu3aka,
1975). Для идентификации выделенннх чистых культур использовали определитель Берги (1978).
Китрогеназную активность почвы, накопительных и чистых куль­
тур Clootridius определяли ацетиленовым методом (Hardy ot a l . ,
1968). Актуальную азотфлксацию систем! почва-растение в вегета­
ционных опытах и стерильных (гнотобиотических) условиях учитывали
по методу Баяэндро, Доммерга (Balandrcau, Dcs^crqueo, I973) и
Умарова (1976).
• Для определения количества АТО в образцах ризосфернсй почвы
использовали АТСЕ^-зависимую реакцию биолюминесценции светляковоЯ
люциферазы. Измерение проводили на автоматическом люминомотре
фирмы "1ЯЗ-;7а11ас"
модель 1250 ( S u r k u - F l n l a n d ) .
Интенсивность фотосинтеза различных сортов растения измеряли
методом учета количества С02 в токе воздуха, прояедзюго мимо лис­
та, который заключен в' специальную камеру. Шмерения проводили
прп помоия инфракрасного газоанализатора ГКВ-Ю МБ2 в лаборатории
искусственного климата ТСХА.
1Ьученае колонизации корней растеши анаэробными диазотрофзмл
ц их нитрогеназной активности проводили в уоловиях гнотоблотических культур, Семена инокулпровэли 48-ми часовыми чистыми купьтурзгж С. paofcourianra.' Растения вырастали в фитотроне с дновнсЯ
температурой 23-24°С, ночной'- 16-17°С. Продолжительность освеще­
ния составляла 13-14 часов в сутки, интенсивность - около 20-25
тыс.лк. Растеши "вырастали-г течение '30-40 дней.
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Для проведения топографических исследований брали образцы •:•
корней и фиксировали по методу Гузевой с соавт. (1978). Готовые *
препараты просматривали в сканирующем электронном микроскопе BS300 "Tesla" (ЧССР) с разрешающей способностью 15 нм.;7,
Статистическая обработка данных, -подученных-'в исследованиях." ;
(расчет коэффициента корреляции, указывающего на направление и ,.
степень сопряженности в изменчивости признаков) проводилась на
;
; :
ЭВМЕС-1035. • •' ; . . .;• '':. ' ' ' ''
'•'•.;•.•' )• V .;.'/ :. .;
.
РЕЗУЛЬТАТ!! ИССЛЕДОВАНИЙ ,;
'
^ •
.'• I . ; Изменение численности анаэробных бактерий'в'•••';
корневой зоне различных сортов растений , ' : : , : . . " ' .
Микробиологические анализы, проведенные нами, показали, что
сахаролитические и протеолитические анаэробы рода Clootrl&jUm .
распространены в корневой зоне всех изученных видов ыакробионта .
(риса,пшеницы,проса,кукурузы.ячменя,овса). Их численность; нахо­
дится в пределах от сотен (в ризоплане) до тысячи и сотен милли­
онов клеток на I г корней или почвы (в ризосфере) и колеблется '
в течении вегетационного периода в зависимости от.сорта'растений , .
и его фотосиктетическои активности. При этом наблюдается опреде­
ленный параллелизм между фотосинтетической интенсивностью расте-:'--:
ний.и размножением анаэробов, "особенно сахоролитических (рис.1)."•;•
Сахаролитические анаэробы преобладают в ризосфере разных сортов
в.первые периода развития растения по сравнению; с протеояитическгаля. Численность протоолитических Clostridium возрастает к конод вегетации pacTeimfl.
Н а и б о л е е заселенным бактериям:! оказался сорт Еемчужный, у
которого в течение вегетационного периода численность сахаролк-'
тических и протоолитических анаэробов.в ризосфере колебалась со­
ответственно от 26,9-10 3 до 50*I0 6 и от З'Ю 4 до .13,6*I0 6 .клеток
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
1984 г .
2S- S'= 0,988+0,849
I
Ud 10
ЛТ=
20
8
15
6
10
5
4
i
2
П_Ц-•
^E
-5
_f
о
I
о ь
&
15. уа 2. IX
16.71
5.УП
о
28. УП
« 25 1985 г .
wЙ
20 \- S' = 0,981+0^743 Rj = 0,962+0,651
та
R2 = 0,972+0,032
a
g 15
о
g
g
У
10
5
л
Е*
О
О
а
К
о
8 мм
-+-6 Ш
Й ^ * ^ - ' - ^
оГь£.
Cl »>С
22. УП 22. УШ
Г.УП
13. У1
1986 г .
S" = 0,988+0,942
О
20 Rj = 0,930+0,266
.3
15
12. IX
J Ч = 0,921+0,243
25
8
*-..
-16
4-
10
fefe%--a-=^
5
ЗтГо
28.У
die.
СИ»С
«ьс,
J2
-
Е*
о
я
я
о
S
1
10. УП 5.УШ
17.71
25.УП~ "
R i c . I . Динамика численности сшаэроо'ннх бактерий" рода Clostridium
в корневой зона различных сортои рлса.
Услов1шо обозначения: а'. («-) интенсивность фотосинтеза;
в . С-о~, — • — ) сахарояитичоксие анаорсби' (ризосфера,
ризопяана"); с". ( - • - , - е - ) протоолитические анаэрейи
(ризосфера, ризоплана).
' : -
."
-
7
-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
на I г абсолютно сухой почвы. К ЭУОЙ же категории генотипов риса, ,.-,
обусловливающих активное размножение Clostridius, можно отнести
и другие сорта: Дубовский 129, 1фасноларскиЯ 424, Узроо;7-13, '.
Старт, IR-58, НССШ. Невысокая численность анаэробов обкарукена
в ризосфере сортов Узбекский 5, IE-42, Горизонт, Сальский, Узрос .
59, причем эта закономерность заселенности корней разных геноти- ,
пов риса отмечается во все года наблюдений. •:'
V
Максимальный диапазон экстремальных величин (развития) анаэ­
робов в корневой зоне ряда генотипов риса.наблюдается в периода . ';";,
интенсивного роста растений, шнимэлькый - в ' н а ч а л е и конце в е г е - . .
тациошюго периода растений.
.
Среда изучаемых сортов" паекиш высокая численность анаэробов,.'.-,'. •
особенно сахаролитическнх, выявлена в ризосфере следующих сортов: :
Белорусская 80, Ленинградка, Московская 35. Сравнительно низким,.
уровнем размножения сахаролитических o i d a t r l d i u s характеризуют- -V
, ся : сорте Безекчукская'129, Россиянка, Симбирка. ;
.:/.';/;'.•
" Среда сортов овса высокой численностью анаэробов отличались /
. осрга.^8ьлето'Й Лоадь, Борруо, Шрымский 943, Горизонт, . '.-; •„'•.-:-':./'. •"..'.•.'
Ячмень характеризуется невысоким содержанием анаэробов в ривосфере; всех изучаемых сортов. Кукуруза~и просо обильно заселены.,
анаэробами рода Clostriai-un . в корневой зоне. ,;
•'.' Выявленная нами зависимость между интенсивностью фотосинтеза ;
•й "ЧИОПОНЙОСТБО сахароллтячеоких анаэробов в корневой.зоне различ-.
•янх Фенотиповподтверждена статистической обработкой. Коэффици- •ч?нт'-лорреляпии указывает на тесную связь (R > 0,7) модзу этими .
:
двумя ^признаками.
'''•'*.
'.•'•'" ,:. "•'• г ;
" V'o'V."
!
Иолучешше данные показывают, что генотипы растений отлича­
й с я по интенсивности фотосинтеза и, следовательно;, имеют неоди:
наковую потенциальную возможность обеспечить энергетическим ис-г
точником анаэробные диазотрофы, а ото в свою очередь определяет
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
.; различия в динамике развития бактерий в корневой зона разных г е , / нотппов. Таким образом, дишнялса развития и плотности анзэробных
бактерий в корневой зоне, растений зависит от сорта (генотипа)
\ растения, обладающего разной фотосинтетической активностью, в
результате чего посредством фотосинтатов и определяется формиро­
вание сообзества бактерий в ризосфере и ризоплане.
2. Натрогоназная активность в корневой зоне различных
сортов сельскохозяйственных растений
2 . 1 . Изменения нитрогеназной активности в зависимости
от випа и генотипа растений. В связи с обнаружением в корневой
зоне различных сортов сельскохозяйственных растений существенных
различий в численности азотфиксируюетх анаэробов, представлялось
важным исследование нитрогеназной активности изучаемых сортов.
В проведенных нами лабораторных и вегетационных опытах уста­
новлено, что диапазон колебаний уровня актуальной нитрогеназной
активности в корневой зоне риса в течение вегетационного периода
(по 3 годом наблюдений) в среднем находится в пределах от 34
(сорт Жемчужный) до 19 (сорт IB-42) н.молей Cgfi^ на г/час.
\, ;.' Максимальная питрогеназнзя активность наблюдалась в течение
3 лет у сортов риса КзмчужныЯ, Дубовский 129 и Кубань 3. Как
• правило, уровень нитрогеназной активности корневой зоны повыша­
ется к фазе максимального веготативного роста растения, а йатем
падпот к концу развития раоте1ШЙ. Следуот подчеркнуть, что нитрогенозкая активность корневой эо'ны риса значительно vuzo, чем у
других растений, обладаших Са-£отосинтезом. Видимо, здесь особую
роль играет л избыток влажности рисогах полей, Следовзтолыю,
оптимизация влажности почвы может явиться одним из доступных и
относительно простых и в то же время эффективных путей повысчмтя
обеспеченности растений биологическим азотом.
-
9
-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Уровень нитрогеназной активности в корневой зоне пшеницы "'
варьирует в пределах от 8,3 (сорт Безенчуксквя 129) до 21,3
(сорт Белорусская 80) н.молей CgH^ г/чао в среднем аа вегетацй-,
оюшй период,' '
-. -*,;;',
..•:":-'.
,'••'. КЬрневая зона овса характеризуется невысокой нитрогеназной
активностью. Так, у девяти изученных сортов,размеры азотфиксация
колебались в пределах от 8,8 (сорт ГДтркыЙ) до 19,2 (сорт Золотой
дождь) н.молей С^Н^ г/чао в среднем за период вегетации.
\
Нщюгеназная активность в корневой^ зоне ячменя колеблется
в>реднем за вегетационный период от 10,2 (сорт ХарьковекиЙ 6?)
до 20,7 (сорт Зерноградский 73) н.молей СдЙд г/чао» ••;••
v
Изучение нитрогенааной активности в корневой аоие растений
с С4 типом фотосинтеза- (кукуруза,просо) хшявало у них более вы­
сокий уровень азотфяксации, чем у Сд растений (рио,2,3). Шучалась также потенциальная нитрогеназная активность корневой аойы
'растений. . •
'
•-V'-v
•';: ;; -.•.• •- • : : ;. ; ' ;'.•";.'•*'.•,
Сравнивая размер актуальной и потенциальной азотфиксации в
корневой зоне разных сортов растений, можно убедиться в том, что ',
-количество фотосиитатов, выделяемых в корневой, зоне, недостаточ-»--'
но для того, чтобы обеапечить'оптимальный трофический, субстрат, \
который способствовал бы реальному'проявлению продуктивности \
фиксации молекулярного азота в почве. Таким образом, трофический
субстрат является одним из главных факторов, определяющих интен- ,
сявность процесса фиксации азота атмосферы в почве и в корневой ';;..'
аойа растений. Наблюдаемая разница мевду сортогля, очевз1Дно, я в ­
ляется следствием разницы в количестве и качестве притока фото­
синтатов в корневую зону в результате колебаний уровня фотоспн- '
тетичеокой активности у растений различных генотипов.
'
:
.2.2. Штрогенззная активность корневой зона различных сортов
растений, характориауипихоя розной интенсивностью фотосинтеза, v
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Наряду с изучением нитрогеиазной активности в корневой зоне ис­
следовали и интенсивность процесса фотосинтеза растений, а также
"провели определения коррелящгонной зависимости меяду отими двумя .
процессам! у различных сортов.
Как известно, интенсивность фотосинтеза у высших растений
варьирует в широких пределах в рзмках одного и того же вида, в
частности, в зависимости от сорта растения.
Сорта риса, характеризующиеся наиболее высокой фотосинтетк—
ческой активноетыо(Кемчужный, Авангард, Дубовский 129, Пряшнычокий и др.), обусловливают более высокую нитрогенэзкую активнооть
в корневой зоне. Низкая фотосинтетическая л нитрогеназная актив- .
нооть свойственны сортам 1 Б М 2 , Горизонт, IR-58 и др.
Корреляционная зависимость мевду' нитрогеназной активностью и
интенсивностью фотосинтеза у различных генотипов риса подтверж­
дена статистическими расчетами. Коэффициент корреляции указывает
КЗ теону» связь между нятрстеназной активностью корневой зоны и
интенсивностью фотосинтеза растений (Rj > 0,7).
, Аналогичные результаты были получены и у различных сортов •*./
пшеница, овса и ячменя, причем у всех перечисленных культур :
очень высок коэффициент корреляции между интенсивностью фотссин- :
теза и нитрогеназной активностью в корневой зоне этих растоний, ,
Рззультаты проведенных исследований указывают па ц е л е с о о б ­
разность отбора небобовых рзстетй с высокой фотосинтетической -•.'-.;.
активностью, способных обеспечить, более высокий уровень процесса
фиксации молекулярного азота свобхадиойявуазаа диазотрофамл в
корневой зоне.
II -
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
3. Нитрогенэзная активность накопительных культур
анаэробов, выделепныхиз корневой зоны различных
сортов растений -
•
В связи с полученными данными о неодинаковой нитрогеназной
активности корневой зоны различных сортов небобовых культур .
представлялось интересным изучить нитрогенэзную активность нако­
пительных и чистых культур Clostridium, выделенных из ризосферы
и ризопланы растений. В процессе исследований нами было выделено
310 накопительных и 3? чистых культур Clostridium './из ризосферы
и ризопланы различных сортов сельскохозяйственных растений,
.'•• Установлено, что уровень нитрогеназной активности накопи­
тельных культур определяется сортовой специфичностью растений, '
причеи интенсивность этой активности в ризосфере и ризоплвне су­
щественно отличаются друг от друга.
.
••''.•;''• ••
• Высокой нитрогеназной активностью обладают накопительные
культуры cioatridiua, полученные из ризосферы различных сортов
п р о с а . , • '.
;-.'• •';."..•-'-'V"'•'.?.'•;'-У"
'"••;•'
Близкую нитроге11азную активность имели накопительные культу- '
ры, выделенные из ризосферы и ризопланы риса. Штрогеназнвя вк- •
тивность культур и з ризосферы в среднем колебвлаоь от 735,2
(сорт IK-42) до 2010 (сорт Дубовский 129) н". молей (^Н4 на 100 мл .
среды в час. Как правило, накопительные культуры из ризопланы
растений имеют менее высокую китрогеназную' активность: она ко­
леблется в среднем от 87,8 до 198,4 н.молей CgH^'tra 100 мл среда
. в час. Уровень нитрогеназной активнооти у накопительных культур,
выделенных из корневой зоны овса, невысок. Он существенно отли­
чается от уровня.нитрогеназной активности накопительных культур,
изолированных из корневой зоны проса и риса.
Нами изучалась также нитрогенаонзя активность чистых культур
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
R = 0,988+0,879
A.
0,757+0,032
50 r R I'
50 r
S 2 =0,960+0,456
K 3 =0,980+0,271
25 Ml°
«
к
40
ш
I
«я
3*20
• 4
!
о
х>
• 2 ш
10
CM
в«
О
S 50
«
"
•
a - ••'•
0,988+0,986
Rj= 0;'59I+0,029
R,= 0,703+0,214
я
40 1 3 = 0,974+0,479
[b
S- 40
&•
50 r
MlO
О
I
d
30
30
•g"
•Ш 20
20
s
4
03
о
§ ioiЛ
10
. •
и
о
20.УП 10.УШ
Prto.2, Биологическая активность корневой зоны раоличных сортов
риса (А) и проса (Б) и интенсивность фотосинтеза растеши.
ВогатацяошшП опит 1986 г. Условные обозначения:
о. ( - А - ) актуальная нлтрогенззная активность;
в ,- (_»-) содергакио ЛТО; с. {-*-) интенсивность фото.синтеза; d. ( - о - ) количество- сахарояитических даазотрофов рода ciostrldlun.
- 13
i
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Cloctridiun, выделенных из корневой зоны различных сортов рас­
тений риса, овса п проса. У Cl.paotouricmua, изолированных из
•ризосферы овса (сорт Золотой дождь и Черкасский I ) , нитрогеназная активность находилась в пределах от 5,7 до 18,7 и от 2,6 до
9,4 н.молей С2Н^ на 100 мл среды в час соответственно. Следует
отметить, что имеется существенная разница между нитрогенззной
активностью накопительных и чистых культур. Нитрогеназпая актив•ность чистых культур нашего ниже, чем накопительных. Высокая
нитрогсиазнзя активность накопительных культур, по-видимому,
объясняется синергизмом между отдельными компонентами ассоциации
дивзотрофов и в определенной степени диагенезисом при роете на
гетерогенном трофическом субстрате.
4. Интенсивность фиксации азота атмосферы и
содержание АТФ в ризосфере
-'
,'
< Важным вопросом при изучении роли генотипа растения я неоим*
биотической'азотфиксации является исследование связи между фото- •'
.синтетической активностью растений,и содержанием АТО в ризосфере,
а также фиксацией азота атмосферы в корневой зоне,
Проведенными наблюдениями установлено, что в ризосфере роз- _•
ных сортов риса, обладающих внеохюй фотоспнтетической активно- " ,'
стью (Еемчужннй,Кубань З.Узрос 59), содержится и наибольшее ко­
личество ЛТ5. Сорта.риса с низкой фотосинтетической активностью
(1В-42,Спальчик) показывают нэиусньпео содержание АТО в ризосфе­
ре. Наблюдается определенный параллелизм между содержанием АТО
.и нитрогеназной активностью в ризосфере, особенно в порвио фззы
развитая растений (рис. 2-3), /.'^тематическая сбрабоиса экспертом*
талышх дашшх подтверждает корреляционную зависимость между с о ­
держанием ATS и гштрогепазной активностью в ризосфере, а также .
множественную корреляцию между'интенсивностью фотосинтеза, чис- , ,
-'"14 '-' V
*
*•'
' - '
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
в.
БО
60 ' R • = 0,988+0,982
.$-£=0,470*0,350 "•
1*2=0,984+0,932
50 R3=0,888+0,771
•50
101
40
40
• 40
8 Ш
- в"
30
30
• 30
60
i
60
и^ы 12
О
• ы
.. к
§
6 •§
о
ся
t?
•
• • I »
20
• 20
'20
•о
га
о
о
10
- 10 £}
10
М
СП
о
о
' Т м II-' "
•в
« |
' 'i
in
i
Si
I)
20. УШ
30. У
18. УГ I I . УП . 4. УШ
Г. .
40 Г ».. 40 г 8 «0,988+0,982
Eg =0,982+0,294
jg- ' '• S j * 0,723+0,060 : Е 3 = 0,877+0,007
5
о
о
о
40 &ltf8
и
30 К ' « 30
о
a
ч 2 0 1 о 20
га
§
J
§
I Ю1
ш
20
ё
g-io
10
аbed
аьсЦ
!
20.УП
ЗО.У 18.У1 Ц.УП 4.УШ
Рцо.З. Биологическая активпосгь кориовоЯ зоны различшлх сортов
(В) кукурузы л (Г) пссшщу и и'нтонстзность-растешШ.
-.'••• Вегетационный опыт,I98G г . Условные обозначения:
о. (-д.-) актуальная нктрогешззная активность; в . ( - © - )
;
,,содержание АТО; с. (-#-) интенсивности фотосинтеза;
4 . ( _ о - ) количество сахаралитичеекпх диазотрофов рода
Cloatridiun,
;
' • • • - -
1 5 ' " : - ' ' . '
l
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
лонпостыо сахоролитическпх диазотрофов рода ciootridiua, содер­
жанием АТО и 1ИтрогенззноЯ активностью D корневой зоне различных
• сортов растений. Невысокое содержание АТО в ризосфере изученных
сортов ппенлци коррелирует с низкой китрогенззкой активностью.
Аналогичная закономерность наблюдалось в ризосфере рзапых сортов
и у других вццов рзстений (овес, ячмень, "кукуруза, просо).
На основании полученных донных, можно, по-шда»:ому, считать,
что содержание АТО в ризосфере растении является показателем
адекватности условии для осуществления адесь продуктивного про­
цесса неспмбиотической фиксации азота атмосферы.
5. Способность анаэробных бактерий к колонизации
корневой системы разных сортов растений в ус­
ловиях гнотобиотических культур. Топография
бактерия рада Clostridium на корнях ряда сортов риса и паоницы .
Изучение взаимоотношений маету микроорганизмами и растениями
в зоне ризосферы дает возможность получить представление об ор­
ганизмах, встречающихся в этой зоне, их взаимодействии, а также
найти предпосылки для регулирования их состава и жлзкедеятель- "
ности.
/
;,
Результаты наблюдений свидетельствуют о том, что веселение
корней ростопяП внаэробныля бактериями рода Closteiultm ноелт
четкий микрозонояьный хврзктер. Наряду с участками, полностью
лишенными микробных клеток, можно найти зоны,' заселенные как
одщючныли клетками, расположенными кз некотором расстоянии друг
от друга, ток и микроколоняямл. Активно роотусая зона корневого
чехяикз полностью лгаепа микроорганизмов.
Ш корнях 3-дневпых рзстений микроорганизмы либо не обнару­
живались совсем, либо встречались крайне редко. В дальнейшем по
- " 16 - .
<'
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
мере роста растения и корня происходило расселение микробов с
семени на корень. Нз корнях 10-дневных растений каостридии соби­
раются в микроколокии (пергый тип колонизации) или расположены
поодиночке (второй тип колонизации) на некотором расстоянии друг
от друга. Шкроколокии и отдельные клетки могут располагаться
-как в глубоких складках поверхности корня, так и на выступах ;
корней. ."•'.•-' '.•..'.•_'".'.: .-Vv-:'•'
,;•; - Первый тип колонизации характерен для сортов с высокой фото; синтетической интенсивностью растений и.высокой нитрогенаэной
активностью в корневой зоне (сорт риса Взмчукный л сорт пшеницы
•Белорусская 80); второй тип характерен для сортов с шгзкой фото­
синтетической активностью растений.и шзкой натрого1тзноЯ актив­
ностью в корневой зоне (сорта риса Сальский, IR-42 и сорт гсени• вд. Кутулукскэя). • -. Корни • 30-дневных растений довольно густо заселены диазотро. фами рода CI. paoteurionun. Евзшща в 'степени колонизация повер­
хности корней разных сортов риса и паешпда сохраняется и нз бс— .
лее поздних стадиях вегетации растений. Дальнейшие исследования
топографии свободноживущих диазотрофов на поверхности корня (ри• зогошна) имеет"значение, для разработки методов управлеюш взаи­
моотношениями ризоценозов, как одного из главных вопросов био­
технологии почвы. ,'
.. ^.^
. ''•".
;';•'..;'•-.•; 6. Кцтрогонззнэя активность корневой зоны различных
;•'•'-"
сортов риса и глазницы в условиях гнотобиотических
• культур растений при инокуляциичистыми культурами
'.."'. -.'ч: • - • ' . ' * • : : ',,-. : '''! •. ."Г :; " ; ' 4 --CI. p a s t o u r i Q H u a
- В нартояяее время большое значеш!е в доле повышения эф$ективности неышбиотичоской взотфшеации предается способности
свободнохивушк диазотро&ов к коло1шзации корней растотШ. Наб­
людения показали, что нитрогеназная активность корневой зоны
- 17* - '
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
растеши в условиях гнотсбиотических культур1отсутствовало (во
всех вариантах) на пятые сутки опыта. Нз 10-е сутки исследования •
нитрогенэзнэя активность корневой зоны наблюдалась только у сор­
тов растений, характеризующихся шеокой фотосинтетической актив­
ностью. В дальнейшем, через 20 и 30 суток после инокуляции, нитрогенаэная активность обнаружена л у сортов с невысокой интен­
сивностью фотосинтеза. Наблюдалась довольно существенная розница
в активности нптрогеназы в корневой зоне разных сортов как рисэ,
так и пшеницы.
Электронно-микроскопические исследования, проведенные с по­
мощью сканирующего электронного микроскопа, показали, что сорта
растений, характеризующиеся высокой фотосинтстической зктивностью
(Ее?.тчужный,Кубань,Белорусская 80), обладают способностью к ин­
тенсивной колонизации корней и, наоборот, сорта растений с низ­
ким фотосинтезом (Сэльский, ПЗД2) характеризуются слабой коло­
низацией корней. Разница в колонизации корневой системы растений
разных сортов определяет 'и разный уровень нигрогенэзной активнос­
ти п их корневой зоне. Это заставляет предположить, что генотип
растения определяюце воздействует'нз процесс колонизации. Если
это так, то ото взэимоцействие должно быть генетически запр'ог~»
*
* >>
ромягровано и может приводить к доминированию определенного
пто1.г.:з микроорганизма в ризоплано растений. .
Выявленная связь между степенью колонизации корней растений
азотфнксаторами и нитрогеназной активностью корневой системы
имеет важное значение при'подборе •тапнов-микроорганкзмов для
производства эффективных бактериальных препаратов.
ВЫВОДЫ
I. Изучены анаэробы рода Clootridivm ризосферы и ризотэны
различных сортов сельскохозяйственных растений. Указанная группа
' ' "
. - 18 .-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
микроорганизмов обнаружена в корневой зоне всех исследованных
59 сортов небобовых растений (рис,пленица,овес,ячмень,кукуруза,
просо).Показано, что количественный и качественный состав ана­
эробов в корневой зоне определенных сортов растений генетически
детерминирован. Отмечено влияние сезона гона на доминирование
•различных физиологических по.цгрупп (сахаролитической и протеолитической) анаэробных бактерий рода cioctridlun в ризосфере и
ризоплаке различных растений.
"2.1 Впервые дана сравнительная характеристика иитрогеназной
активности в корневой зоне, различных сортов риса, П Е О Н И Ц Ы , овса,
•ячменя, кукурузы и проса. Выявлено, что уровень нитрогеназной
активности в корневой зоне того или иного сорта определяется
генотипом данного растения. Среди сортов изученных видов расте­
ний обнаружены представители с высокой актуальной и потенцияль. ной иитрогеназной активностью. Показано, что нитрогенозная ак­
тивность в.корневой зоне кукурузы и проса (растения с С 4 -фотосиятезом) существенно выше,,чем в корневой зоне пшеницы, овса и
ячменя (растения с С3-фотосинтез"ом).
3. Установлена прямая зависимость между интенсивностью фото­
синтеза определенного сорта растения и (штрогеназной активностью
в его. корневой зоне. Выявленная зависимость проявляется в тече­
ние всего периода роста, но особенно в фазу максимального веге­
тативного роста растешш. Обнаружены сусественпые отличия в нитрогетзноЯ активности накопительных и чистых культур анаэробов,
вццеленшх из корневой зоны различных сортов риса, овса и проса.
•4. Определено содержание АТО в ризосфере различных сортов
сельскохозяйственных культур. Установлено, что п ризосфере сор­
тов растений, обладающее высокой фотосинтетпческой активностью
(особенно сортов риса .и растений с С^-фотосинтсзом), содержится
и наибольшее количество АТФ, в то время как сорта с [шзкой фото• .'V':
'"'" •'.•"".'.
-
is
-
'
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
синтетической активностью н:.:еют наименьшее сояержэнис АТО в ри­
зосфере. Выявлен определенный параллелизм между содеркэнием АТФ
и китрогонэзной актлвностью в ризосфере, особенно проявляюцийся
в первое фазы вегетации растештй.
5. Математически доказана кнокественнзя корреляционнзя зави­
симость концу интенсивностью фотосинтеза, численностью анаэроб­
ных эзотфиксаторов, содержанием АТФ и нитрогенэзной активностью
в корневой зоне растений определенных сортов. 6. В условиях гнотобнотических культур растений, при иноку- *
ляции их'анаэробными бактериями (Cl.paoteurianun), показана кор­
реляция гежду степенью колокизащш этими бактериям! корней опре­
деленных сортов растений и уровнем нптрогеназноЯ активности в
корневой зоне. Характер указанных взаимозависимых процессов
определяется генотипом растения4.
7. Изученз топография анээробных азотфлксаторов нз корнях
рдца сортов риса и пшеницы в условиях гнотобиотнчоских культур
растений. Установлено, что заселение корней бактериями носит кикрозоналышй характер. При этом отг/ечено два типа мпкрозоналыюй колонизации: I) в вице микроколошхй,' 2) в визе одиночных
клоток. Первый тип колошмации характерен для сортов с высокой
интенсивностью фотосинтеза и соответственно - высокой нитрогенззной активностью, второй - для сортов с низкой интенсивностью
фотосинтеза и низкой нитрогеназпой активностью в корневой зона
растений.
*
^~>
8. Выявленная корреляционнзя зависимость литрогенззной ок, тивностн корневой зоны от интенсивности фотосинтеза определен-" ного генотипа растения указывает нз целесообразность отборз ' ~
сортов нобобовых растеши"! с высокой фотосинтотической активно- "„
стью, способных обеспечить более высокий уровень несимбиотпчес'кей азотфикеащш в почве. ' \ • •' ' ~ • .""
• " ,-.' 20 - '
* "' » --" • .
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
• Список опубликованных работ по теме .диссертации:
1, Ахмедов Ф. Т.: Ассоциативная азотфиксация затопляемых почв / /
. Материалы УП сьезда ВМО, Алш-Лта, - 1985. - T.6.-C.II.
2 . Игнатова И.Ю., Брук М.Х., Ахмедов Ф.Т. Влияние гинеральных и
.органических удобрений на ассоциативную взотфиксацаю некото;"••;
рых с,-х.растении / / В с б . : Шкроорганизмы, их роль в плодо-г
родии ПОЧЕЫ и охране окружающей среда. - М.,. 1985. -С.55-59.
3 . : Ахмедов Ф.Т., Емцев В.Т., йщэЛ.К. Продуктивность биологичес';•': кой фиксации азота в корневой зоне в зависимости от сорта
• '."!',. растений / / Материалы конф. "Пути повышения эффект.факторов
интенсификации с.-х.произв.* 11-12 июля, 1986. -Вильнюс.
: : "\I986. - С.39-40. •.•';•..'.
4. Ахмедов Ф.Т., Вяцэ Л.К. Продуктивность биологической фикса­
ции, азота, у различных сортов с.-х. растений / / Тез.докл. U
. Всес.науч.конф. "Микрооргаштм в сельском хозяйстве", 23-25
:,-/'. декабря,; 1986 г . - М.: МГУ, 1986. - С.93-94.
5.. Ахмедов Ф.Т. Несимбиотическая фиксация азота в корневой зоне
/различных сортов риса / / В сб.: Растительность и пути регуля/'->"ции ее жизнедеятельности. -.Баку, 1986.. - С.53-54.
6. Ахмадов,Ф.Т. Несимбиотическая фиксация азота в корневой зоне
различных сортов небобовых растений / / Рукопись деп. по
ВШИТОЙ агропром, 31.10.86 г . , Москов.обл., акад. им.К.А.Тимирязева.- Госвгропром СССР. J* 445/47 ВС-86. Деп.Тр.науч.конф.
:
молод.ученых .3-5 июня 1986. - С. 414-424.
7. Фиксация азота атмосферы в ризосфере-различных сортов с.-х.
растений / Ахмедов Ф.Т,, Шцэ Л.К., Голова Г.В., Мэлков Ю.А.
/ / В с б . : Симбиотрофныо азогфиксаторы и их использование в
сельском хозяйотво. Тез.докл.рсспубл.конф,(Чернигов, 13-15
. октября, 1987 Г . ) . - К и е в , 1987. - С . 6 3 - 6 4 .
- : 21
-
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Л-37587 12/1-88 г.
Объем 1 п. л. "
Зак. 73.
Тир. 100
Типография Московской с.-х. академии им. К. А. Тимирязева
. 127550, Москва И-550, Тимирязевская ул., 44
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Бесплатно
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
8
Размер файла
1 532 Кб
Теги
2310
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа