CC BY
57
УДК 631.46: 631.461.5
И. А. Дегтярева, Т. Ю. Мотина, А. Я. Давлетшина, Д. В. Ежкова, С. К. Зарипова
ВЛИЯНИЕ ВЛАЖНОСТИ ПОЧВ НА ЖИЗНЕСПОСОБНОСТЬ МИКРООРГАНИЗМОВ, ВХОДЯЩИХ В СОСТАВ КОМПЛЕКСНОГО БИОУДОБРЕНИЯ
Ключевые слова: наноструктурная водно-фосфоритная суспензия, консорциум диазотрофных и фосфатмобилизующих микроорганизмов, комплексное биоудобрение, плодородие почвы
Разработано комплексное биоудобрение на основе наноструктурной водно-фосфоритной суспензии и консорциума аборигенных азотфиксирующих и фосфатмобилизующих микроорганизмов, способных выдержать снижение содержания влажности (полная полевая влагоемкость 10%) до 45 сут. При этом показано, что сохранность внесенных микроорганизмов определяется типом почвю
Keywords: nanostructured water and phosphate suspension, consortium of nitrogen-fixing and phosphate-mobilizing microorganism
microorganisms, a comprehensive bio-fertilizer, soil fertility.
The comprehensive bio-fertilizer based on nanostructured water-phosphate suspension and the consortium of indigenous nitrogen-fixing and phosphate-mobilizing microorganism microorganisms that can withstand a decrease in moisture content (full field capacity 10%) up to 45 days was developed. It is shown the keeping of microorganisms determined by the type of soil.
Введение
Во многих регионах Российской Федерации, в том числе и в Республике Татарстан (РТ) разработаны и успешно реализуются программы стимуляции развития сельскохозяйственного производства. Важной задачей является снижение деградации почвенного покрова под воздействием засухи, ухудшения агрофизических и биологических показателей почвы, засоренности посевов и поражения сельскохозяйственных растений вредителями и болезнями и др.
Сама почва - уникальная по физическим и химическим свойствам полидисперсная многокомпонентная система - является практически идеальной средой для развития подавляющего большинства микроорганизмов. Неслучайно большинство используемых в промышленности микроорганизмов с ценными свойствами - продукты антибиотиков, аминокислот, витаминов, ферментов и пр., выделены из почв [1].
В решении проблемы восстановления почвенного плодородия и получения экологически безопасной продукции растениеводства в качестве альтернативы минеральным удобрениям и пестицидам применяются биоудобрения, созданные на основе эффективных штаммов микроорганизмов, которые тесно взаимодействуют с растениями, образуя ассоциативный симбиоз, и способны выполнять для них ряд полезных функций. Одной из актуальных задач является поиск микроорганизмов, устойчивых к дефициту влаги и повышенной температуре окружающей среды (засухе).
Использование почвенных бактерий может стать альтернативой для поддержки сложных селекционных изменений сельскохозяйственных культур, чтобы лучше подготовить их к изменению климата [2]. Поэтому наряду с выведением новых засухоустойчивых сортов растений, велика роль препаратов - усилителей засухоустойчивости, которые в начале ХХ1 века начали появляться на рынке [3]. Одним из таких препаратов является Альбит, способный обеспечивать высокие урожаи растений в условиях засу-
хи, что обусловлено не только индукцией собственно биохимических механизмов засухоустойчивости, но и способностью препарата формировать более мощную корневую систему растений [4].
Тем не менее, необходимы дальнейшие исследования, чтобы иметь возможность применять целевые почвенные микроорганизмы, способные к метаболизму при остром дефиците продуктивной влаги и оказывающие стимулирующий эффект на рост и развитие сельскохозяйственных культур.
Учитывая специфические полезные свойства минералов Республики Татарстан и накопленный опыт их применения, перспективным направлением является получение из них наноструктурных веществ с целью повышения эффективности их использования в различных отраслях сельскохозяйственного производства [5]. Одной из задач современных био- и нанотехнологий в микробиологии является применение нановеществ в качестве стимуляторов роста микроорганизмов, используемых в составе биоудобрений [6].
Цель работы - изучение влияния влажности почв на жизнеспособность микроорганизмов, составляющих основу комплексного биоудобрения.
Экспериментальная часть
Из различных почв РТ нами были выделены аборигенные диазотрофные и фосфатмобилизующие микроорганизмы, которые отобраны по комплексу положительных признаков (высокая нитрогеназная и антагонистическая активность, способность давать высокие титры на недорогих питательных средах и др.). Эффективные штаммы были идентифицированы методом установления нуклеотидной последовательности 168 рРНК и депонированы в коллекции ФГУП ГосНИИгенетика [7].
Научные исследования по изучению влияния влажности почв на жизнеспособность микроорганизмов, составляющих основу комплексного биоудобрения, проводили на основе лабораторных опытов с использованием классических микробиологи-
ческих и молекулярно-биологических методов [8]. В состав разработанного нами биоудобрения входят наноструктурная водно-фосфоритная суспензия в дозе 0,1 т/га и консорциум азотфиксирующих (Azotobacter chroococcum, Pseudomonas
brassicacearum) и фосфатмобилизующих (Sphingob acter ium multivorum, Achromobacter xylosoxidans) микроорганизмов в соотношении 1:1 с плотностью бактериальной суспензии 2,0-109 -8,0-109 КОЕ/см3.
Опыты по изучению влияния влажности серой лесной и черноземной почв Татарстана на жизнеспособность микроорганизмов, входящих в состав консорциума и комплексного биоудобрения, проводили по схеме: 1) контроль - почва 10% полная полевая влагоемкость (ППВ); 2) контроль - почва 45% ППВ; 3) контроль - почва 60% ППВ; 4) почва 10% ППВ + консорциум азотфиксирующих и фосфатмобилизующих микроорганизмов (КМ); 5) почва 45% ППВ + КМ; 6) почва 60% ППВ + КМ; 7) почва 10% ППВ + комплексное удобрение (КУ); 8) почва 45% ППВ + КУ; 9) почва 60% ППВ + КУ.
Учет численности гетеротрофных микроорганизмов проводили на мясопептонном агаре, диазотрофных - на среде Эшби, фосфатмобилизующих - на среде Муромцева [8]. Все параметры измеряли не менее чем в трехкратной повторности, а статистическую обработку результатов осуществляли с помощью электронных таблиц Excel и программы Origin 4.1.
Результаты и их обсуждение
Полученные данные свидетельствуют, что устойчивость к условиям засухи на серой лесной почве у гетеротрофных микроорганизмов при 10% увлажнения оставалась достаточно высокой до 45 сут, в то время как в составе комплексного биоудобрения - до 60 сут (рис. 1). На черноземной почве сохранность гетеротрофов оказалась сопоставима с контрольной почвой. Необходимо отметить, что в комплексном биоудобрении при этом уровне влажности сохранность микроорганизмов лучше (рис. 2).
При увеличении влажности до оптимального уровня (45%) численность гетеротрофных микроорганизмов в опытных вариантах была сопоставима (в пределах одного порядка) и превышала контроль, как на серой лесной, так и на черноземной почвах.
млн КОЕ/г
60 50 40 30 20 10 0
15
30
45
60 сутки
□ контроль □ консорциум микроорганизмов
□ комплексное биоудобрение
Рис. 1 - Динамика численности гетеротрофных микроорганизмов на серой лесной почве при 10% влажности
Максимальное количество гетеротрофов наблюдали в составе комплексного биоудобрения. Отмеченная тенденция сохранилась и при 60% влажности.
25 20 15 10 5 0
□ контроль
Н консорциум микроорганизмов
□ комплексное биоудобрение
Рис. 2 - Динамика численности гетеротрофных микроорганизмов на черноземной почве при 10% влажности
В условиях засухи (10% влажности почвы) внесенные диазотрофные микроорганизмы в составе консорциума и комплексного биоудобрения в течение всего периода наблюдений (60 сут) сохраняли свою жизнеспособность. При этом отмечено превышение контрольных показателей в 2-3 раза (рис. 3). Интересен тот факт, что на серой лесной почве вид внесения микроорганизмов - консорциум микроорганизмов или комплексное биоудобрение - не имел принципиального значения.
60 сутки
□ контроль
Н комплексное биоудобрение
□ консорциум микроорганизмов
Рис. 3 - Динамика численности азотфиксирующих микроорганизмов на серой лесной почве при 10% влажности
О том, что внесенные микроорганизмы способны сохранять свое присутствие в течение двух месяцев, свидетельствуют также данные количественного учета диазотрофов при 45 и 60% влажности. Как и при 10% увлажнения их численность в опытных вариантах была ожидаемо выше контрольных показателей. При этом эффективность роста азот-фиксаторов более ярко выражена на серой лесной почве независимо от вида внесения. Тем не менее, на черноземной почве микроорганизмы, входящие в состав комплексного биоудобрения, проявили более выраженную способность к длительному выживанию.
Интересная тенденция выявлена у фосфат-мобилизующих микроорганизмов, численность которых при всех уровнях увлажнения была сущест-
венно выше, чем азотфиксирующих (рис. 4). При этом микроорганизмы, входящие в комплексное биоудобрение, более эффективно сохранялись при всех изученных уровнях влажности.
млн КОЕ/г 35 30 25 20 15 10 5 0
60 сутки
□ контроль □ консорциум микроорганизмов
□ комплексное биоудобрение
Рис. 4 - Динамика численности фосфатмобили-зующих микроорганизмов на серой лесной почве при 10% влажности
Более высокая численность фосфатмобили-зующих микроорганизмов отмечена на черноземной почве по сравнению с серой лесной в составе комплексного биоудобрения на 45-60 сут.
Таким образом, предлагаемый консорциум азотфиксирующих и фосфатмобилизующих микроорганизмов гарантированно способен выдержать снижение содержания влажности (10% 1111В) до 45 сут. Установлено, что сохранность внесенных микроорганизмов определяется типом почв: на серой лесной почве хорошо сохранялись при всех уровнях влажности микроорганизмы, входящие и в консорциум, и в комплексное биоудобрение, а на черноземе - только микроорганизмы в составе комплексного биоудобрения.
Выводы
На основе наноструктурной водно-фосфоритной суспензии и консорциума абориген-
ных диазотрофных и фосфатмобилизующих микроорганизмов разработано комплексное биоудобрение. При оценке эффективности роста азотфиксирующих и фосфатмобилизующих микроорганизмов при разных уровнях влажности серой лесной и черноземной почв установлена их способность выживать при снижении содержания влаги в почве до 10% 1111В в течение 45 суток.
Таким образом, микроорганизмы, входящие в состав комплексного биоудобрения, способны в засушливой период сохранять свою активность и высокую численность на разных типах почв Республики Татарстан.
Литература
1. М.М. Умаров, А.В. Кураков, А. Л. Степанов Микробиологическая трансформация азота в почве. ГЕОС, Москва, 2007. 13S с.
2. C.-J. Wang, W. Yang, C. Wang, C. Gu, D.-D. Niu et al., PLoS ONE, l (12) (2012). URL: http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pon e.0052565.
3. K.M. Zlotnikov, T.N. Pustovoitova, A.K. Zlotnikov, Modern problems of microbial biochemistry and biotechnology. Abstr. Int. Symp. (Puschino, June 25-30, 2000). IBPM. Puschino, 2000. Р. 13S-139.
4. В.И. Каргин, А.А. Ерофеев, Д.Н. Говоров, Р.А. Захарки-на, Ю.И. Каргин, Защита и карантин растений, l, 45-47 (2011).
5. В.О. Ежков, А.Х. Яппаров, Е.С. Нефедьев, А.М. Ежко-ва, И.А. Яппаров, А. П. Герасимов, Вестник Казанского технологического университета, 1l, 11, 41-44 (2014).
6. И.А. Дегтярева, И.А. Яппаров, А.Я. Хидиятуллина Уральский научный вестник (Казахстан), 26 (105), 57-61 (2014).
7. И.А. Дегтярева, А.Х. Яппаров, Д.С. Дмитричева, С.К. Зарипова, Вестник Казанского технологического университета, 15, 7, 133-137 (2012).
S. О.И. Колешко, Экология микроорганизмов почвы. Лабораторный практикум. Высшая школа, Минск, 19S1.175 с.
© И. А. Дегтярева - доктор биологических наук, заведующий отделом агроэкологии и микробиологии, Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Татарский научно-исследовательский институт агрохимии и почвоведения», [email protected]; Т. Ю. Мотина - кандидат биологических наук, старший научный сотрудник отдела агроэкологии и микробиологии, Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Татарский научно-исследовательский институт агрохимии и почвоведения», [email protected]; А. Я. Давлетшина - кандидат сельскохозяйственных наук, старший научный сотрудник отдела агроэкологии и микробиологии, Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Татарский научно-исследовательский институт агрохимии и почвоведения», [email protected], Д. В. Ежкова - студент КНИТУ, [email protected]; С. К. Зарипова - кандидат биологических наук, старший научный сотрудник отдела агроэкологии и микробиологии, Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Татарский научно-исследовательский институт агрохимии и почвоведения», [email protected].
© 1 A. Degtyareva - dortor of biology Science, head of a department agroecology and microbiology Tatar Scientific Research Institute of agricultural chemistry and soil sciences, [email protected]; T. Yu. Motina- Ph. D. of biology science, senior researcher of a department agroecology and microbiology Tatar Scientific Research Institute of agricultural chemistry and soil sciences, [email protected]; A. Ya. Davletshina - Ph. D. of agricultural science, senior researcher of a department agroecology and microbiology Tatar Scientific Research Institute of agricultural chemistry and soil sciences, [email protected]; D. V. Ezhkova -student, Federal State Educational Institution "Kazan Scientific Research Technological University", [email protected]; S. K. Zaripova - Ph. D. of biology science, senior researcher of a department agroecology and microbiology Tatar Scientific Research Institute of agricultural chemistry and soil sciences, [email protected].
