CC BY
10
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ БИОЛОГИЯ
БИОТЕХНОЛОГИЯ (В ТОМ ЧИСЛЕ БИОНАНОТЕХНОЛОГИИ)
DOI -10.32743/UniChem.2022.101.11.14518
ИССЛЕДОВАНИЕ ФОСФАТСОЛЮБИЛИЗИРУЮЩЕЙ АКТИВНОСТИ МИКРООРГАНИЗМОВ ИММОБИЛИЗОВАННЫХ 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 биологическим 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
STUDY OF THE PHOSPHATE-SOLUBILIZING ACTIVITY OF MICROORGANISMS IMMOBILIZED 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
Библиографическое описание: ИССЛЕДОВАНИЕ ФОСФАТСОЛЮБИЛИЗИРУЮЩЕЙ АКТИВНОСТИ МИКРООРГАНИЗМОВ ИММОБИЛИЗОВАННЫХ 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/14518
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
АННОТАЦИЯ
Исследованы возможности использования фосфатсолюбилизирующих микроорганизмов для улучшения усвояемости фосфорных минеральных удобрений. Установлено, что аборигенные микроорганизмы на минеральных удобрениях «Аммофос», PS-Agro, «Супрефос-NS» и фосфогипсе до и после стерилизации отсутствуют. Установлено, что в иммобилизованном состоянии на гранулах минеральных удобрений клетки фосфатсолюби-лизирущего штамма Bacillus subtilis BS-26 не теряют свою фосфатсолюбилизирущую активность по сравнению со свободными клетками. При этом иммобилизованные клетки штамма на гранулах удобрения «Аммофос» наиболее активно освобождали Р2О5 (78,0-82,0 мг P2O5/IOO мл) из Саз(РО4)2, чем на других минеральных удобрениях. Высвобождение Р2О5 иммобилизованными клетками штамма составили: на гранулах «Супрефоса» - 73,076,0 мг P2O5/IOO мл; на PS-Agro - 70,0-73,0 мг P2O5/IOO мл; на фосфогипсе - 60,0-64,0 мг P2O5/IOO мл и свободными клетками - до 66,0-68,0 мг P2O5/IOO мл соответственно на 3-5-е сутки опыта.
ABSTRACT
The possibilities of using phosphate-solubilizing microorganisms to improve the digestibility of phosphate mineral fertilizers have been studied. It has been established that there are no native microorganisms on mineral fertilizers Am-mophos, PS-Agro, Suprefos-NS and phosphogypsum before and after sterilization. It is revealed that, in the immobilized state on mineral fertilizer granules, the cells of the phosphate-solubilizing strain Bacillus subtilis BS-26 do not lose their phosphate-solubilizing activity, compared to free cells. At the same time, immobilized cells of the strain on Ammophos fertilizer granules most actively released P2O5 (78.0-82.0 mg P2O5/I00 ml) from Ca3(PO4)2 than on other mineral fertilizers. The release of P2O5 by the immobilized cells of the strain was: on Suprefos granules - 73.0-76.0 mg P2O5/I00 ml; on PS-Agro - 70.0-73.0 mg P2O5/I00 ml; on phosphogypsum 60.0-64.0 mg P2O5/I00 ml and free cells - up to 66.0-68.0 mg P2O5/I00 ml, respectively, on the 3rd-5th day of the experiment.
Ключевые слова: иммобилизация, фосфатсолюбилизирующие микроорганизмы, Bacillus subtilis BS-26, фосфорные удобрения.
Keywords: immobilization, phosphate-solubilizing microorganisms, Bacillus subtilis BS-26, phosphate fertilizers.
Введение
Фосфор является основным лимитирующим элементом, входит в состав основных органоидов клеток растений, является неотъемлемой частью нуклеиновых кислот и многих ферментов, регулирующих биохимические процессы растительных и животных организмов [5; 7].
В щелочных карбонатных почвах фосфор переходит в нерастворимый Саз(РО4)2, а затем - апатит. Чем больше изучается фиксация соединений фосфора в почвах, тем более делается ясным, что пахотный и корнеобитаемый горизонты почвы способны поглощать, дезактивировать и задерживать от последующего выщелачивания неограниченные количества фосфора [8]. Фиксация фосфатов почвами бывает иногда настолько полной и необратимой, что даже раствор 0,2-0,5 н HCl не извлекает весь связанный фосфор [9].
Многочисленными научными исследованиями установлено, что многие микроорганизмы, такие как Bacillus, Pseudomonas, Micrococcus, Mycobacterium, Penicillium, Aspergillus и т.д., могут переводить нерастворимые соединения фосфорной кислоты в растворимое состояние в результате образования ими углекислого газа или различных кислот и ферментов [1; 10].
В некоторых случаях растворению фосфатов способствуют азотная кислота, образуемая нитрифицирующими бактериями, и серная кислота, появляющаяся в результате деятельности бактерий, окисляющих серу. Все это повышает доступность фосфора для растений [1; 6; 10].
Наряду с традиционными способами применения микробиологических биопрепаратов способ иммобилизации в гранулы минеральных удобрений микроорганизмов представляет особый интерес для сельскохозяйственного производства, поскольку способ позволяет существенно снижать нормы расхода удобрения, повышает КПД и эффективность препарата за счет рационального использования питательных веществ удобрения и мобилизации закрепленных запасов минеральных элементов почвы.
Цель работы: изучение возможности использования фосфатсолюбилизирующих микроорганизмов в производстве минеральных удобрений для повышения их усвояемости, а также для активации труднодоступных фосфатных запасов почвы.
Объекты исследования
Объектами исследований являлись биомодифи-цированные на основе фосфатсолюбилизирущего штамма бактерии Bacillus subtilis BS-26, фосфорные минеральные удобрения «Аммофос», PS-Agro, «Супрефос-NS» и фосфогипс.
Методы исследования
Естественная микрофлора фосфорных минеральных удобрений «Аммофос», PS-Agro и «Супре-фос-NS» исследовали до и после стерилизации. При этом учитывались такие группы микроорганизмов, как аммонификаторы на среде РПА, грибы и актино-мицеты на среде Чапека и олигонитрофилы на среде Эшби. Расчет числа бактерий, грибов и актиномице-тов вели на 1 г воздушно-сухого носителя по формуле:
бх вх г
a =-
д
где а - количество клеток в 1 г носителя;
б - среднее количество колоний на чашке; в - разведение, из которого сделан посев; г - количество капель в 1 мл суспензии; д - вес воздушно-сухого носителя, взятого для анализа [3].
Стерилизацию удобрений провели в автоклаве при 1 атм. в течение 1 часа. Иммобилизацию клеток фосфатсолюбилизирующего штамма Bacillus subtilis BS-26 в гранулы фосфорных удобрений осуществляли методом адсорбционной иммобилизации. После высушивания готовый сухой препарат в закрытом виде хранили при комнатной температуре [4].
Фосфатсолюбизирующую активность иммобилизованных в гранулы удобрений клеток штамма Bacillus subtilis BS-26 определяли при росте бактерий в жидкой питательной среде NBRIP. Для этого 10 г образца опытных удобрений растворяли в 90 мл дистиллированной воды и перемешивали на магнитной мешалке в течение 30 минут для полного отделения микроорганизмов от удобрения. После отстаивания в течение 20 минут стерильной пипет-
кой 1 мл суспензии добавляли в среду NBRIP, содержащую нерастворимый Саз(Р04)2 следующего состава: глюкоза - 10; MgCb^O - 5; MgS04^7H0 -0,25; KCl - 0,2; (NH4)2S04 - 0,1; неорганический фосфат Саз(Р04)2 - 5; вода водопроводная - 1000 мл; pH 7,0. Затем колбы помещали на шейкере при 37 °С и 200 об/мин. В качестве контроля использовали культуру свободных (без минеральных удобрений) клеток штамма Bacillus subtilis BS-26, хранившихся на скошенном агаре при температуре 4-5 °С, с периодическими пересевами. Через 1, 2 и 3 суток культуру бактерий центрифугировали, отбирали супернатант, в котором по методу Чирикова определяли содержание подвижных форм фосфора, растворимых в 0,5 М уксусной кислоты [2].
Результаты исследований и обсуждение
Исследование численности различных физиологических групп микроорганизмов на отечественных фосфорных минеральных удобрениях «Аммофос», PS-Agro, «Супрефос-NS» и фосфогипсе до и после стерилизации провели следующим образом: 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.
Анализ результатов экспериментов по изучению фосфатсолюбилизирующей активности иммобилизованных на минеральных удобрениях «Аммофос», PS-Agro, «Супрефос-NS» и фосфогипсе клеток Bacillus subtilis BS-26 показал, что иммобилизованные клетки бактерий проявили лучшие данные по растворению Са3(РО4)2 по сравнению со свободными (без минеральных удобрений) клетками, хранившимися на скошенном агаре при температуре 4-5 °С с периодическими пересевами (рис. 1).
о
о -
о
От
120 100
Ц 80
Фосфатсолюбизирующий активность СВ-ФСБ и ИМ
78
63
60 -53
40 20 0
58 60
66
70
73
Vе
Сутки
82
76
6г®
cf*
СВ-ФСБ ИМ-Аммафос ИМ-PS-Agro ИМ- Суперфос ИМ-Фосфогипс
Рисунок 1. Мобилизация Р2О5 из Са3(РО4)2 свободными (СВ) и иммобилизованными (ИМ) в гранулы удобрений клетками штамма Bacillus subtilis BS-26
На первые сутки опыта наиболее активную мобилизацию Р2О5 из Саз(РО4)2 показали клетки, иммобилизованные на «Аммофосе» - 63,0 мг Р205/100 мл из Саз(Р04)2, тогда как свободные клетки освобождали до 53,0 мг Р2О5/ЮО мл. При этом наименьшую активность проявили иммобилизованные клетки на фосфогипсе - 50 мг/100 мл. На 3-е и 5-е сутки такая тенденция сохранялись, при этом на протяжении всего опыта наиболее высокую активность по растворению Саз(Р04)2 проявили клетки фосфатсолюбили-зирущего штамма, иммобилизованные на гранулах удобрения «Аммофос», освобождая 78,0-82,0 мг Р2О5/100 мл на 3-е и 5-е сутки опыта, а иммобилизованные на «Супрефосе» - до 73,0-76,0 мг Р2О5/100 мл, иммобилизованные на PS-Agro клетки - до 70,073,0 мг Р2О5/100 мл. Свободные клетки растворяли до 66,0-68,0 мг Р2О5/100 мл соответственно. Среди опытных вариантов наименьшую активность по растворению трикальцийфосфата проявили клетки бактерии, иммобилизованные на фосфогипсе -60,0-64,0 мг Р2О5/100 мл.
Выводы
Таким образом, исследование численности различных физиологических групп микроорганизмов на отечественных фосфорных минеральных удобрениях «Аммофос», PS-Agro, «Супрефос-NS» и фосфо-гипсе до и после стерилизации показало, что во всех изученных видах минеральных удобрений и фосфо-гипсе не обнаружено посторонней микрофлоры. Результаты экспериментов по фосфатсолюбизиру-ющей активности иммобилизованных в гранулы удобрений клеток штамма Bacillus subtilis BS-26 показали, что в иммобилизованном состоянии на гранулах минеральных удобрений клетки фосфат-солюбилизирующего штамма не теряют свою фос-фатсолюбилизирущую активность по сравнению со свободными клетками. При этом иммобилизованные на гранулах удобрения «Аммофос» клетки фосфат-солюбилизирущего штамма наиболее активно освобождали Р2О5 (78,0-82,0 мг P2O5/IOO мл) из Саз(РО4)2, чем на других минеральных удобрениях. Видимо, это связано с тем, что минеральное удобрение «Аммофос» содержит в большом количестве фосфор (45,3%) и элемент N по сравнению с другими минеральными удобрениями, что благотворно влияет на фосфатсо-любилизирующую активность штамма.
Список литературы:
1. Биологизация минеральных удобрений как способ повышения эффективности их использования / А.А. Завалин, В.К. Чеботарь, А.Г. Ариткин, Д.Б. Сметов // Достижения науки и техники АПК. - 2012. - № 9. - С. 45-47.
2. ГОСТ 26204-91. Почвы. Oпределение подвижных соединений фосфора и калия по методу Чирикова в модификации ЦИНАO. - М. : Изд-во стандартов, 1992.
3. Звягинцев Д.Г. Методы почвенной микробиологии и биохимии. - М., 1991. - 350 с.
4. Курдиш И.К. Гранулированные микробные препараты для растениеводства. Наука и практика. - Киев, 2001. -142 с.
5. Чеботарь В.К., Завалин А.А., Ариткин А.Г. Применение биомодифицированных минеральных удобрений : монография. - М. : ВНИИА; Ульяновск : УлГУ, 2014. - 142 с.
6. A study of organic acid production in contrasts between two phosphate-solubilizing fungi: Penicillium oxalicum and Aspergillus niger / L. Zhen, T. Bai, L. Dai, F. Wang [et al.] // Sci. Rep. - 2016. - № 6. - P. 25313.
7. 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.
8. Phosphorus acquisition efficiency in arbuscular mycorrhizal maize is correlated with the abundance of root-external hyphae and the accumulation of transcripts encoding PHT1 phosphate transporters / R.J.H. Sawers, S.F. Svane, C. Quan, M. Granlund [et al.] // New Phytol. - 2017. - № 214. - P. 632-643.
9. 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.
10. Long-term nitrogen fertilization decreased the abundance of inorganic phosphate solubilizing bacteria in an alkaline soil / B.X. Zheng, X.L. Hao, K. Ding, J.B. Zhang [et al.] // Sci. Rep. - 2017. - № 7. - P. 42284.
