CC BY
15
DOI -10.32743/UniChem.2022.101.11.14519
ИММОБИЛИЗАЦИЯ ФОСФАТСОЛЮБИЛИЗИРУЮЩИХ МИКРООРГАНИЗМОВ В ГРАНУЛЫ ФОСФОРНЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ
Йулдошев Шокир Уринович
PhD по хим. наукам, ст. науч. сотр., Институт химии растительных веществ АН РУз, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: www.yyy.2014@mail.ru
Джуманиязова Гулнара Исмаиловна
д-р хим. наук, проф. кафедры биотехнологии, Ташкентский государственный технический университет, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: gulnara2559@mail. ru
Закиряева Саида Икромовна
PhD по биол. наукам, ст. науч. сотр., Институт микробиологии АН РУз, Республика Узбекистан, г. Ташкент
Элмурадов Бурхон Жураевич
д-р хим. наук, проф., Институт химии растительных веществ АН РУз, Республика Узбекистан, г. Ташкент E-mail: b_elmuradov@mail.ru
IMMOBILIZATION OF PHOSPHATE-SOLUBILIZING MICROORGANISMS IN GRANULES OF PHOSPHORUS MINERAL FERTILIZERS
Shokir Yuldoshev
PhD in Chemical Sciences, Senior Scientist, Institute of the Chemistry of Plant Substances, Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, Republic of Uzbekistan, Tashkent
Gulnara Jumaniyazova
Doctor of Chemistry, Professor Departments of Biotechnology, Tashkent State Technical University, Republic of Uzbekistan, Tashkent
Saida Zakiryaeva
PhD in Biological Sciences, Senior Scientist Institute of Microbiology, Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, Republic of Uzbekistan, Tashkent
Burkhon Elmuradov
Doctor of Chemistry, Professor Institute of Chemistry of Plant Substances of the Academy of Sciences of the Republic of Uzbekistan, Republic of Uzbekistan, Tashkent
Библиографическое описание: ИММОБИЛИЗАЦИЯ ФОСФАТСОЛЮБИЛИЗИРУЮЩИХ МИКРООРГАНИЗМОВ В ГРАНУЛЫ ФОСФОРНЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ // Universum: химия и биология : электрон. научн. журн. Йулдошев Ш.У. [и др.]. 2022. 11(101). URL: https://7universum.com/ru/nature/archive/item/14519
АННОТАЦИЯ
Исследованы адсорбирующие способности минеральных удобрений. Установлено: «Аммофос» - 94,6%, «Супрефос-NS» - 88,5%, PS-Agro - 87,5% и фосфогипса - 60,0%. Жизнеспособность титра клеток фосфатсолюбили-зирущего штамма Bacillus subtilis BS-26 на минеральных удобрениях в течение 3 месяцев хранения: «Аммофос» -8,60±0,32 lg КОЕ/г; PS-Agro и «Супрефос-NS» - 5,20±0,15-5,40±0,17 lg КОЕ/г соответственно и фосфогипс -2,20±0,12 lg КОЕ/г при исходном титре 11,4±0,46 lg КОЕ/мл.
ABSTRACT
The adsorbing capacity of mineral fertilizers has been studied. Ammophos - 94.6%, Suprefos-NS - 88.5%, PS-Agro - 87.5%, and phosphogypsum - 60.0% were established. Viability - cell titer of the phosphate-solubilizing strain Bacillus subtilis BS-26 on mineral fertilizers during 3 months of storage: Ammophos - 8.60±0.32 lg CFU/g; PS-Agro and Suprefos-NS - 5.20±0.15-5.40±0.17 lg CFU/g, respectively, and phosphogypsum - 2.20±0.12 lg CFU/g, with an initial titer of 11.4 ±0.46 lg CFU/ml.
Ключевые слова: адсорбция, иммобилизация, фосфатсолюбилизирующие микроорганизмы, Bacillus subtilis BS-26, жизнеспособность, титр клеток.
Keywords: adsorption, immobilization, phosphate-solubilizing microorganisms, Bacillus subtilis BS-26, viability, cell titer.
Введение
Фосфор, являясь основным облигатным био-фильным элементом, входит в состав протоплазмы и клеточных ядер, является неотъемлемой частью нуклеиновых кислот и многих ферментов, регулирующих биохимические процессы растительных и животных организмов [5; 6]. В земной коре фосфора больше, чем хлора и серы (P - 0,093%; Cl - 0,017%; S - 0,047%), и его водная и воздушная миграция ничтожна по сравнению с хлоридами и сульфатами. Дефицит фосфора, т.е. усвояемость, для растений обуславливается низкой физиологической доступностью его нерастворимых соединений, которая достигает иногда громадных величин - 500 мг, иногда 1800 мг Р2О5 на 1 кг почвы [4; 6].
В щелочных карбонатных почвах фосфор переходит в нерастворимый трехкальциевый фосфат, а затем - апатит. Источниками кальция для образования Саэ(РО4)2 и карбонат-апатита в почвах, кроме осадков кальцита, арагонита, люблинита, являются обменный кальций, растворы бикарбоната кальция, всегда представленные в почвенных водах, гипс, доломит [4; 8].
Однако многие микроорганизмы могут переводить нерастворимые соединения фосфорной кислоты в растворимое состояние. К ним относятся представители бактерий, актиномицетов, грибов и других групп микроорганизмов (роды Pseudomonas. Bacillus, Micrococcus, Mycobacterium, Penicillium, Aspergillus и т.д.). Растворение фосфатов в почве происходит в результате образования различных кислот, ферментов и углекислого газа [7].
Цель работы: изучение возможности иммобилизации фосфатмобилизующей бактерии штамма Bacillus subtilis BS-26 в гранулы минеральных фосфорных удобрений с целью повышения их усвояемости.
Объекты исследования
Объектами исследований являлись: культура фосфатсолюбилизирущего штамма бактерии Bacillus subtilis BS-26, выращенная до стационарной фазы, и фосфорные минеральные удобрения «Аммофос», PS-Agro, «Супрефос-NS» и фосфогипс в качестве носителя.
Методы исследования
Адсорбирующую способность минеральных удобрений изучали по методу Диановой и Ворошиловой [1]. В агрономическую пробирку вносили 5 г наполнителя и 1 мл культуры исследуемого штамма. Такое же количество клеток вносили в другую пробирку, не содержащую наполнитель. Затем в обе пробирки вносили по 9 мл стерильной водопроводной воды. После минутного встряхивания и 10-минутного отстаивания из верхнего слоя жидкости обеих пробирок производили посев на питательную среду РПА для учета адсорбированных клеток и вычисляли процент адсорбции.
Иммобилизацию клеток фосфатсолюбилизирую-щего штамма Bacillus subtilis BS-26 осуществляли методом адсорбционной иммобилизации. Выращенную до стационарной фазы бактериальную суспензию бактерий (в количестве 3 мл) опрыскивали минеральными удобрениями «Аммофос», PS-Agro, «Супрефос-NS» и фосфогипсом (30 г) в соотношении 1:10, предварительно определив титр внесенных клеток. Высушивали при комнатной температуре в течение 2 дней. После высушивания готовый сухой препарат в закрытом виде хранили при комнатной температуре [2]. Определение жизнеспособности клеток (КОЕ) фосфатсолюбилизирущего штамма Bacillus subtilis BS-26 на БМФУ-«Аммофос», БМФУ-PS-Agro, БМФУ-«Супрефос-NS» и фосфо-гипсе провели по методу Коха [3].
Результаты исследований и обсуждение
При исследовании численности различных физиологических групп микроорганизмов на минеральных удобрениях «Аммофос», PS-Agro, «Супрефос-NS» и фосфогипсе до и после стерилизации нами были рассмотрены следующие показатели: общее количество аммонификаторов, растущих на среде МПА, количество микромицетов и актиномицетов на среде Чапека, количество олигонитрофилов на среде Эшби, фосфатсолюбилизирующих на среде Пиковской с трикальцийфосфатом. Результаты опыта показали, что во всех изученных видах минеральных удобрений
и фосфогипсе не было обнаружено посторонней микрофлоры.
Изучение адсорбирующей способности минеральных удобрений «Аммофос», PS-Agro, «Супрефос-№» и фосфогипса показали, что клетки фосфатсолюби-лизирующей бактерии адсорбируются на различных носителях в различной степени. Процент адсорбции неодинаков и колеблется от 60 до 94,6%. Самой
высокой адсорбирующей способностью среди изученных носителей обладали минеральные удобрения «Аммофос»: процент адсорбции составлял 94,6%, минеральное удобрение «Супрефос-Ш» - 88,5%, минеральное удобрение PS-Agro - 87,5%, самую меньшую адсорбирующую способность показал фосфогипс - 60,0% (рис. 1).
Адсорбирующая способность минеральных удобрений и
фосфогипса %.
100 90 80 70 60 50 40
87,5
60
Аммофос PS-Agro Супрефос-^ фосфогипс
Рисунок 1. Адсорбирующая способно
На основании проведенных предварительных экспериментов для иммобилизации клеток фосфат-солюбилизирущего штамма можно использовать минеральные удобрения в качестве носителей.
Иммобилизованные клетки характеризуются большей операционной гибкостью по сравнению со свободными формами. В следующей серии опытов нами изучена иммобилизация клеток фосфатсолю-билизирующей бактерии на минеральных удобрениях «Аммофос», PS-Agro, «Супрефос-^» и фосфогипсе. Для иммобилизации клеток бактерий использовали физический метод адсорбционной иммобилизации. Способ дешев, прост, универсален и не оказывает стрессовых воздействий на клетки. После иммобилизации клеток бактерий вид минеральных удобрений и фосфогипса не меняется, рассыпчатость не изменяется, гранулы минеральных удобрений не прилипают друг к другу.
Одной из важных задач при исследовании иммобилизованных клеток является их жизнеспособность и сохранность на носителях. Результаты опытов ис-
неральныхудобрений и фосфогипса
следования жизнеспособности клеток фосфатсолю-билизирущего штамма на минеральных удобрениях «Аммофос», PS-Agro, «Супрефос-Ш» и фосфогипсе в течение 3 месяцев хранения показали, что клетки фосфатсолюбилизирующего штамма хорошо иммобилизовались и сохранялись на минеральном удобрении «Аммофос», титр клеток сразу после высушивания составлял 8,85±0,38 ^ КОЕ/г, и на протяжении 3 месяцев хранения не наблюдалось снижений титра клеток, который составлял 8,60±0,32 ^ КОЕ/г. На минеральных удобрениях PS-Agro и «Супрефос-N8» титр клеток был на 3 порядка меньше и составлял 5,20±0,15-5,40±0,17 ^ КОЕ/г по сравнению с минеральным удобрением «Аммофос», на протяжении 3 месяцев хранения на этих минеральных удобрениях также не наблюдалось снижение титра клеток (5,2-5,1±0,15 ^ КОЕ/г). Видимо, это связано с тем, что минеральное удобрение «Аммофос» содержит в большом количестве фосфор (45,3%) по сравнению с другими минеральными удобрениями PS-Agro (38,4%) и «Супрефос-^» (25,2%), для сохранности фосфатсолюбилизирущего штамма.
Аммофос —C^PS-Arpo • Супрефос —^фосфогипс
Рисунок 2. Жизнеспособность и сохранность фосфатсолюбилизирующих бактерий на минеральных удобрениях и фосфогипсе
Самый меньший титр клеток был на фосфогипсе - 2,20±0,12 ^ КОЕ/г при исходном титре 11,4±0,46 ^ КОЕ/мл. Клетки штамма хорошо сохранялись на минеральных удобрениях на протяжении 3 месяцев хранения, снижение титра клеток не наблюдалось, титр клеток составлял от 8,6 до 5,1 ^ КОЕ/г (рис. 2).
Полученные нами данные выявили, что изученные минеральные удобрения, кроме фосфогипса, способны предохранять фосфатсолюбилизирующие бактерии от гибели и могут быть положены в основу последующих разработок эффективных новых форм биоминеральных удобрений.
Выводы
Проведенные исследования показали, что в гранулы фосфорных удобрений можно иммобилизовать живые клетки фосфатсолюбилизирующего штамма Bacillus subtilis BS-26. Клетки фосфатсолю-билизирущего штамма хорошо иммобилизовались и сохраняли жизнеспособность на минеральных удобрениях, при этом наилучшие результаты получены при иммобилизации штамма на гранулы «Аммофоса».
Список литературы:
1. Дианова Е.В., Ворошилова А.А. Поглощение бактерий почвой и влияние его на микробиологическую деятельность // Научно-агрономический журнал. - 1925. - № 9. - С. 520-542.
2. Курдиш И.К. Гранулированные микробные препараты для растениеводства. Наука и практика. - Киев, 2001. -142 с.
3. Методы микроэкологического исследования наземных, водных и воздушных экосистем : учебн. пособие для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению «Биология» / С.В. Прудникова [и др.]. -Красноярск : СФУ, 2007. - 152 с.
4. Сайдяшева Г.В. Эффективность последействия органических и нетрадиционных удобрений при возделывании яровой пшеницы в Среднем Поволжье: Автореф. дис. ... канд. с.-х. наук. - Ульяновск, 2011. - 19 с.
5. Чеботарь В.К., Завалин А.А., Ариткин А.Г. Применение биомодифицированных минеральных удобрений : монография. - М. : ВНИИА; Ульяновск : УлГУ, 2014. - 142 с.
6. Alori E.T., Glick B.R., Babalola O.O. Microbial phosphorus solubilization and its potential for use in sustainable agriculture // Front. Microbiol. - 2017. - № 8. - P. 971.
7. Effect of organic acids production and bacterial community on the possible mechanism of phosphorus solubilization during composting with enriched phosphate solubilizing bacteria inoculation / Y. Wei, Y. Zhao, M. Shi, Z. Cao [et al.] // Biores. Technol. - 2018. - № 247. - P. 190-199.
8. Soil Microbial Resources for Improving Fertilizers Efficiency in an Integrated Plant Nutrient Management System / Bargaz Adnane, Lyamlouli Karim, Chtouki Mohamed, Zeroual Youssef [et al.] // J. Frontiers in Microbiology. -2018. - Vol. 9. - P. 1606.
