Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ДИНАМИКА ЧИСЛЕННОСТИ КЛУБЕНЬКОВЫХ БАКТЕРИЙ СОИ В РИЗОПЛАНЕ И РИЗОСФЕРЕ РАСТЕНИЙ И В ПОЧВЕ

ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "ДИНАМИКА ЧИСЛЕННОСТИ КЛУБЕНЬКОВЫХ БАКТЕРИЙ СОИ В РИЗОПЛАНЕ И РИЗОСФЕРЕ РАСТЕНИЙ И В ПОЧВЕ"

ZZ40Z

МОСКОВСКИЙ ОИОаВА ЛИЗИНА, OPKfflA ОКТЯБРЬСКОЙ РЖОЛСЦИИ, OFREHA ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМВМ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

униветсигет ж, из. жяююссва

Sa правах докошен

ЛИСИЧКИНА ГАЛИНА АЛНССШКША

УДК 631.41

ДИЕШШКА ЧИСЛЕННОСТИ КЛУЕЕНМСВЫХ ЕАКТ8РНЙ ООН В ИВООШЕ И РЮ0С4ЕРК РАСТВНИЙ И-6 ТЮФЕ

Специальность OS .00.0? - щхробюлогш Автореферат

двооертают на оохсханхе ученой степеяж кандидата биолопгчвохжх наук

Ноохва - 1986 C j

Работа впмднена на жафмре бадогшг аочв факу.

фвяудывм йиво-

i ■ •

Московского гооудярогваяаого ушперопеса mi .Н.Э. Лию-

руюво*в*«дь: до мер йшногвческжх наук, арофеооор

Д.Г.

ошгомветн: доктор дволо твоих вауж, ; ирофвооор В.К.

«ашют лмюмввюег ta/fit, oraporf научняй ootpyjuuoc

Вв*5*м J4pè*Kей» - Яавту* мшкроОшлогш 1Я ОССР

Senta оостоюгс* Л^ПСЩШ 186/ «>** s IS90 *к»в в ajíWopatt м^-2 im мьвхАйп оа«аиАшшрожаш»го совета K053.0S.Í6. адрес: 119699 Москва, ГСП» МГУ, фажудь*вг аочвымкышк.

Лещ* oôM*.

С хИюсерУШмЯ иода» оаваяомп&ов я бшйякзмкв фахухьгета почвовадййдя ШУ.

Авлрвфара* paк>слан *SÛ * cnTjSj^- года.

Тчепй свкр«арь сдецюяянфовсшмо оовега

ЪЛА ил'Бвбьтаа

Актуальность дррблемн. В настоядее время клубеяьковнэ бактержж

полученные в последние годы, цоказнвают, что при их применении достоверная прибавка урожая бобовых культур состав дает в среднем 15-20* (Береотецккй, 1984). Наиболее отзывчива на хнокулядию соя (средняя прибавка зерна 2-4 ц/га). В Ш-fl пятилетке предполагается значительно расширить площадь возделаваняя этой культуры ж довести ее до 2 ила.га. Решение такой задачи невозможно ваз применения нитрагина. Эффект от клубеньковых бактерий помимо других факторов определяется численностью поду ляля в ее динамикой в почве и на корнях растений. Поэтому без знания особенностей ^ттяящтуцт объекта

in situ нельзя в полной пере решить важную прикладную проблему управления -численностью клубеньковых бактерий.

Цель д задачи исследование.-В последнее время достигнута значительные успехи в изучении процессов, одределяпдцt симбиоз клубеньковых бактерий о растением-хозяином (Мишустин, Пильнякова, 1973; Beringer et el., 1979 >. Особу» ценность здесь представляют исследования» выполненные на основе популяшоняого подхода и посвященные изучению динамики клубеньковых бактерий непосредственно в -почве (Кокевин, 1976,1985) и ризосфере (Кириллова, I9S4). Однако основнш объектом в этих и других работах популяцяэнного направления служили представители быстрорастущих клубеньковых бактерий. Отсутствие ясных сведений о динамике клубеньковых бактерий сои, а также весьма противоречивые мнения о их выживаемости а почвах, на корнях бобового-хозяина и других растений определили основную цель нашей работы.

Пель работа. Целью работа являлось выяснение особенностей динамики численности R.japonlcum в ризосфере и ризоплане разных растений (включая инфицированную и неинфЕцированную сою) и в почве с применением количественного популядионного подхода, что дает возможность понять поведение популяции клубеньковых бактерий сои в ес-

усдешо используются в качестве бактериального удобрения. Д аноде

/-//г^г

тестаенной среде обитания в объяснить некоторые процессы, происходящие ops инокуляция.

Основные задачи исследования. I) Изучение возможности определения показателей абсолютной численности популяции. клубеньковых бактерий в почве. 2) Изучение динамики численности К. japonicum в ризосфере в ржзоолане сов* гороха в ячменя» выращенных ва разных почвах. 3) Сравнительный анализ поведения клубеньковых бактерий сои вблизи и ва поверхности корней инфицированного в неинфжщровакного растения-хозянна. 4) Исследование возможности повышения популяцион-ной платности E.japonicuTi в условиях полевого эксперимента.

Ра^ая ровизна. Впервые доказана возможность применения методов определения абсолютной численности, используемых в экологии вне сих организмов, для микробных популяции впочве на примере в.4&ро-nlovua . Сравнение расчетных индексов абсолютной численности с отно-сительннми показателями, полученными с помощью общепринятой стандартной подготовки почвенного образца к анализу, показало, что степень неполнота учета по ходу опыта можно считать неизменное. На основан ни представлениях результатов сделан вывод, что относительные показатели действительно отрахавт изменения численности s.Japani-cum . Впервые показана цршщидиальгае различия в поведении вирулентного в авирулентного гтоммов H.japonicum вблизи в ва поверхности корней сои. Начиная со второго месяца опнга численность лопу-,»иции в ризопхане и ризосфере инфицированной сои значительно провощает таковую в аналогичных местообитаниях в варианте без заражения бобового. Полученные данные позволили выделить составляющие ризо-сферного эффекта для инфицированной сои: если на ранней стадии вегетации его появление обусловлено стимуляцией r.jepoaicum корневыми выделениями растения, то выявление его в фазу бутонизации-цветения, по крайней мере отчасти, связано о началом некроза клубеньков , сопровождавшимся высвобождением вз них клубевьковых бактерий сов. Впервые для клубеньковых бактерий сов в условиях полевого

опыта продемонстрирована возможность целенаправленного повышения численности данной популяции в почве путеы предварительного внесе-ш измельченной солома.

Пиаят^ес;^^ педдо$ть. Разработанный новый методический подход для определения абсолютных показателей численности популяпот может применяться so всех случаях, когда необходимо определить абсолютные индексы обилия (абсолютная численность и биомасса, а также дрн оценка потоков вещества и энергии для конкретной популяции). Результаты, полученные при изучении динамики численности клубеньковых бактерий сои в ризосфере и ризоплаве разных растений, могут найти применение при выборе культур-предшественников соя в севообороте. Вешсредствепно е практическое значение имеет результаты долевого эксперимента, поскольку с хюыощш простого целенаправленного воздействия удается примерно на порядок повысить численность

E.japonicum . Подученные результата используются в курсе "Экология почвенных микроорганизмов" на кафедре биологии почв факультета почвоведения МГУ,

Дттпл^яткт pfi^gya- Основные положения диссертации были доложены на 7 научной конференции молодых ученых ф-та почвоведения МГУ (Москва, 1Э82), на заседании Всесоюзного микробиологического общества я Всесоюзного общества почвоведов (Москва, 1985). ЦХЙЖ1ШШ5* геыо диссертации опубликовано 7 работ» Объем работы. Диссертация состоит из введения, 8 глав, обсуждения результатов, выводов. Материала диссертации изяэженн на /9Zстраницах машинописного гекота, содержится рисунков, Л/ таблиц, список литературы аэ 30£) вазвалий (из нзарубежные).

ОБЬШТЫ И МЕТОДЫ ЮСЛЩШШИЯ. В работе использовали образцы двух типов почв: дерново-подзолистой слабоокультуренгой известкованной (I.8Í гуыуса, рН водной выгяжкя 6Г€) в черно зав обаквовеяжго сугдинискю на покровной су г-

jnrmre (7,3? гумуса, pH водной ныгяххи 7,5). Семена соя, гсржга и ячменя внсеваяив огдельнне вегетационные сосуда емкостью 3 л, заполненные почвой, увлажненнойдо 60% от полной влагоемко с ги.

В качестве объектов исследования бшш избраны полученные salís стрептомщ щкоусюйчдвае популяции BhiioMum japonic«». Исходные штаммы получеян: авнрулентннЗ итаым 1021 вз Всесоюзное коллекции шпфоорганазшв АН СССР; вирулентный штамм 64в - кз Института физиология растений ям; К.А. Тимирязева АН СССР. Водные суспензии бактерий необходимой концентрации вносили а почву, после чего сразу же висев ала семена. В контрольных вариантах исследовали почву, отобранную до досева. Для количественного учета микроорганизмов по мере развитая соя, гороха я ячмеяя в определенные сроки огбнралн 6-7 растений в стерильную чаиху Петри. За образец "риэоплаяа+рвзо-сфера" принимали норак растения (ризоплаяа) о прилегающим к ним слоен почвы, не нревашавдиы 0,3 см (ризосфера). Почву, удаленную or поверхности корней более чем на 0,3 сы, счищали стерильным скальпеле и а образец не включала. Образца "ризоплааа+ризосфера" (0,4-0,7 г) в 2-крагной повтортости помещали в колба со 100 ш стерильной года а обрабатывали на качалке в течение 3 мин при 180 об/мин. Затем отнятые корни (ризоплаяа) стерильно переносили в другие колба со 100 ил сгерильяоЙ вода. Обработку образцов ризосфера,, ризошшнв a контрольной почвы проводили на низкочастотном дезинтеграторе типа УЭДН-1 (22 к1й; 0,4 А; 2 мив) (Звягинцев и jtr,IS80) . Такой режим обработки принят в качестве стандартного.

Количествеяиый учет маркированных клубеньковяг бактерий сои проводили методом посева иэ разнят разведений на среду, содержащую ыаваит, дрожжевую воду и стрептомицин (500 икг/мл).

Расчет числа микроорганизмов проводили на единицу масса корня и вочаа, & в отдельных случаях - при изучении дшатки численности клубеньковых бактерий сои в ризошшне разных растений — на единицу поверхности.

Статистическая обработка результатов включала определение доверительных интервалов оря 95?-ном уровне достоверности (¿шарик н др., 1375).

Для определения показателей абсолютной численности использовали циклический способ предварительной подготовки почвенного образца, который включал 4-кратную обработку почвенной суспензии ультразвуком (22 кГц; 0,3 А; I мин) и отделение каждой порции де-сорбированннх клеток. Отделение клеток отпочвы после очередной ультразвуковой?ебрабо тки осуществляли с помощью центрифугирования (3 мин; 1000 об/мин), причем сунернатант использовался только для приготовления разведений к посеву и в дальнейшей не применялся, Почвенннй осадок с оставшимися в кеы клетками клубеньковых бактерий снова обрабатывался по описанной схеме. Всего было проведено 4 цикла обработки в для кадцого цикла определяли количество извлеченных из почвы клубеньковых бактерий. Для расчета индексов абсолютного обилия В.4ароа1ошв проводили ретрессионный анализ (Доспехов, 1979).

РЕЗУЛЬТАТЫ ИСОШЮВАШЯ Определение абсолютнш: показателей численности клтбенъковых бактерий сои в почве

Традиционные методы количеств еняого учета микроорганизмов являются относительными, в результате расчетные показатели обилия неизбежно оказываются 'занггешыми, поскольку выявляется и учитывается лишь некоторая часть объектов. Конечно, а по этой части можно охарэктеризовать динамику исследуемой популяции, но пра условии, что степень неполноты учета по ходу опыта остается неизменной. В противном случае экспериментальные данные не обязательно будут отражать динамику числеашсти, а ыогуг определяться другими процессами, среди которых наиболее вероятны изменения во времени прочности связи клеток с почвенными частицами. Для получения соответ-

ствупцих гарантий необходимо сравнить по юлу опита показатели, полученные традиционным методой, с эталонными значениями,' в качестве которых должки использоваться индекса абсолютного обилия.

До сих пор проблему абсолютного учета в микробиологии питались репить путем подбора наиболее эффективного метода предварительной обработки почвенного образца (Звягинцев, 1973; к±п£в1еу, ВоЫоо1,1931). Предлагаемый нами подход для определения индексов абсолютного обилия основан на последовательном изъятии клеток бактерий из почвенного образца с одним и тем хе экспериментальным усилием. После каждого цикла обработки почвы ультразвуке«; проводится учет извлеченных клеток. На основании полученных данных строится график либо проводится регрессионный анализ и вычисляется показатель абсолютной численности. В принципиальном отношении предлагаемый подход соответствует методу определения обилия популяции, разработанному Лесли и используемому в экологии высших организмов (Коли, 1979).

В нашей случае прежде всего следует убедиться в том, что при каждой последовательной операции по извлечению клеток из почвенного образца численность учитываемых бактерий убивает. Текую закономерность легко выявить, используя принятые в настоящей работе ре-хшн циклической обработки ультразвуком и центрифугирования. Действителш), с каждой иоследупцей обработкой число извлекаемых из почвы клеток убывает, и уже на основании 4 циклов ясно выявляется асимптота (рис. 1а).'

Если отложить оо оси ординат численность клубеньковых бактерий, изъятых и учтенных после определенного пякяа, а по оси абсцисс - суммарную численность удаленных ранее клеток, го внявляется линейный характер зависимости (рис. 16). Индекс абсолютного обилия рассчитывается по соответствумдему уравнению регрессии или хе определяется по графику в точке пересечения прямой о осью абсцисс (ржо. 16). Число циклов обработки можно сократить до двух, если

t

S

о 0> i?

tf

воспользоваться формулой Нашита •

ще р/ - показатель абсолютной численности попу-. Днцни; С, я С2 - данные циклов обработки.

В большинстве случаев показатели абсолютной численности примерно в 1,5-2 раза превышают относительные (табл. I, 2), несмотря на го, что последние получены с помощи» самого эффективного для клубеньковых g бактерий способа предвари- gS тельной подготовки ( ультра- S а> звук). Индексы абсолютного jj|| обилия популяции сразу хе после ее внесения в почву практически совладают с действительным обилием клеток в исходной суспензии.

4,5 4,0 3,5

1

L

2 3 4 циклы обработки

H

12 3 4 5 Суммарное количество клеток, ^ъ^тых^в ^ предыдущих циклах

Рис. I Извлечение клеток н. Japon!-cum из почвы (а) и определение показателя; абсолют-^ ной численности (В) на 6a сутки после внесения в чернозем

Полученные результаты подтверждают принципиальную возможность определения показателей абсолютной численности мивробной популяции в почве. В данном случае задача заключается в сопоставлении абсолютных и относительных показателей обилия клубеньковых бактерий. Несмотря на некоторое непостоянство отношения ыеаду этими показателями во времени, стандартный метод действительно отражает нопу-ляцяонную динамику клубеньковых бактерий сои. Последнее заключение равносильно допущению о возможности адекватного описания динамики клубеньковых бактерий в почве с помощью традиционного метода. Итак;

Таблица X

Определение показателей численности клубеньков® бактерий соя в д еряоа о-додзолистой почве разнши методами

Т" 1Ьскй~нач^и^~™веяь~Бнесеюш : : Высокий начальный уровень внесения

и :___(105 ____________. ы :__Ю1£г_почэн1________

Е уравнение регрессии е сгандартяая:расчет"до : давяеще_рётоесс5и"

: _____________ Л__________

О 1,37.10|[ 1,91.10® Г=0(84.ю|-0,44Х 0 1,53.10® 1,59.10® * =0,92.10^-0,581

3 2,41*10 4,75*10& Гч2,28.Ю&-0,4еа: 3 2,70*10 2,90-Юв *=2,44.10В-0,84Х

13 4,60-ГО5 6,83-ГО5 Г-3,42*ГО5-О,50Х 13 8,9 -107 9.13.104 1=6,48-ГО7-0,7П

23 3,83-Ю5 4,93.Г05 Г=4,09.ГО5-0,83Х 23 4,4*ГО7 5,17.107 Х»4,39.107-0,85Х

- 33 3,К-ГО4_ _ _3.43.IQf _ _ _ _ЭЗ _ J_.4_.Iof _ 6,1Ь106_ _ _ 1=6,38.Ю6-^,68Х_ _

Таблица 2 ">

Определение показателей численности: клуйеньмвш: бактерий сои а черноземе разными методами

1 НяэЕЯй-начальаыЗ уровень внесения * • Высокий начальный уровень внесения

В :___ДОЗва)____________: § -___(1Р£ ЕЩ-^й^Ен!_________

Е . стандарт- ¡расчет уравнение рецессии . £ »стандарт- ¡расчет по : уравнение рехре-

6 ' 1НН1 :«еюду : и нал обра- методу сш

: готка Лесли _ * 1ботка :Лесли :

О 3,8'Ю6 6,75-10® у =3,34 -10®-0,48Х О 2,73-Ю8 3,72-ГО8 г =1,65-10®-0,441

7 1,08 *Х07 1,82-ГО7 У =30,35-ГО6-0,57Х 6 2,97-Ю8 4,73-10® I =3,28'ГО8-0,698Х 15 3,1 »ГО6 4,42>10® У =3,14 *106-0,7П 15 ' 1,87-ГО8 2,45«ГО8 У =1,47<108-0,60Х 25 1,71.106 2,38-Ю6 X =1,55*10® -0,65Х 26 7,76-ГО7 9,3 'ГО7 * =3,72-ГО7-0,40Х

60 7,66-ГО6 9,17.10е I =5,е7.Ю6-0,Ш

}

des потери информации о динамике мохш ограничиться в данном случае применением только стандартного метода учета.

Динамика численвруу^ К. Л agonic um р ризооФерз и

ризоплане сои, тртюга и ячменя и в руре

РиэосФера. В обеих почвах при внесении популяции на высоком уровне численности Í6-I0® кл/г шчвн) se обнаружено преииущеотэеа-ного развития B.japenicum в ризосфере какого-либо из растений, в том числе ■ вблизи корней бобового-тозяииа, по . сравнении о контрольной почвой (рис. 2а).

В отличие от »того, в варианте с низкой начальной плотностью (5•10^ кл/г почвы) в дерново-подзолистой почве в определенные сроки (20-30^ сутки) численность R. Japonic™ в ризосфере сои достоверно превышает таковую в ризосфере гороха, ячменя в в контрольной почве (рио. 2а). В опыте о черноземом при низком уровне внесения (4,4.Ю5-Ю6 кл/г почва) в определенный период развития растений (15-Э0& сутки) наблюдается стимуляция R.^aponicum в •ризоофере сои и ячменя, причем здесь численность популяции в 2-4 раза выяе, чем в образцах контрольной почвы (рис. 2а).

Таким образом, в обоих типах почв в варианте с низким исходным обилием (4*10®—Ю® кл/г почвн) отмечено положительное влияние растения-хозяина на популяцию fi.japonicua вблизи корней. В условиях данного эксперимента инфицирования сон не произопзо, поэтому полученные даннне подтверждают возможность слабой стимуляции

R.japonicum в ризосфере не тольхо инфицированной, но и неивфи-цированной сои, «ели численность популяции в I г шчвн не превышает нескольких сотен тысяч клеток ( Beyea, Schmidt, 1979 ). Вполне вероятным представляется также развитие данной популяции в ризосфере некоторых небобовых растений. Примером току служит положительный рдзосферннй эффект вблизи корней ячменя в варианте с

черноземом. В то же время эти даннне не подтверждают существования

3-/6SS

ре (а) и ризо плане (б) сои С-*-), гороха и яч-

меня .(*) и в контрольной почзе {-■-) при разных начальных уровня* внесения популяции в почву; Н - количество клеток на I г почва (X см2 корня)

и

строго специфической стимуляции гомологичного ризобиадьного симбионта вризосфере растения-хозяина ( н^тап, 1965).

Стимуляция н.]ароп1сит а ризосфере сои и ячменя непродолжительна ш времени и наблюдается лишь в течение первого месяца. К конщ опыта численность клубеньковых бактерий сои в ризосфере всех исследуемых растений не отличается от обилия в контроле и стабилизируется на разных уровнях в зависимости от начальной плотности популяции.

Таким образом, д™* нри низкой исходной численности в ризосфере сои наблюдается непродолжительная стимуляция к.зароп1сит как в черноземе, так и дерново-подзолистой почве* Вризо сфере ячменя стимуляция клубеньковых бактерий сои выявлена только в черноземе, а в ризосфере гороха ни в одной из почв не удалось зарегистрировать положительный ризооферный эффект для внесенной популяции. Следовательно, сама возможность выявления ризосферного эффекта для клубеньковых бактерий сои зависит от исходного обилия популяции в почве, а также от вида растения и типа почвы, на которой оно произрастает.

Риэоплана. При исследовании динамики конкретных микроорганизмов в ркзоплане растений особый интерес, представляет реакция популяций на изменение условий именно а »той зоне.

Известно, что после определенных воздействия, включая удаление стеблей растений, происходит возрастание потока корневых выделений ( «I ,1979|£11ег*о<л1,п.в1п, 1901) • Изучая подобное воздействие на популяцию н.З*роп1сцт в ризоплане сои, гороха и ячменя, можно получить дополнительную информацию о вдянии корневых выделений втих растений на клубеньковые бактерии сои. Значимость такого исследования возрастает, если контролен служат ризосфера и ризо плана нормально вегегнрущжх растений, т.е. растений, у которых стебла не удалены.

Наибольшее воздействие на клубеньковые бактерии сои зарегисг-

соя ( • )

1е И

148 ч

О 24 48 96 148

10101 <А>.|иа=й=

О 24 48

96 ч

24 48

96 ч

ячмень ( )

О 24 48

96 ч

О 34 48 96 ч Рис. 3 Динамика численности к.Лароп±оит в ризоплшо ( а) и

ризосфере (б) растенийи—• - вегетиругсщие растения (контроль); о—о- стебли растений удалены; н - количество клеток на I г почвы (кори)

рировано вблизи корней бобового растения-хозяина (рос. 3). Только в ризонлане в ризосфере соя после удаления стеблей наблэдается стимуляция в.^рощешп . Этот эффект значителен по величине особенво в ризонлане, и степень его проявления зависит от начальной численности популяции. Так, в рнзошхане при низком уровне (5*104 кл/г почвы) через 24 ч после удалении стеблей сои численность в.З*роа1сит возрастает более чем в 30 раз, в то время как в ризосфере - всего лишь а 8 раз* При более обильной внесении стимулврухщнй эффект в ризонлане ослабевает, а в ризосфере вообще не выявляется (рис. 3).

Удаление стеблей гороха оказывает противоположное, т.е. отрицательное, н менее выраженное воздействие на популяцию я.Заро-п!сит , Небольшое (примерно в 2 раза) снижение численности клубеньковых бактерий сои наблюдается только в ризонлане гороха при невысокой численности популяции {10®-107 кл/г яочвн). В ризосфере заметною изменения численности в.^ароШешв по сравнению с контролен яв обнаружено (рис. 3).

Удаление стеблей ячменя не вызывает существенных изменений в динамике клубеньковых бактерий сои в ризодлаяе и ризосфере етого растения (рве. 3).

Динамика. а.зароШсша в ризонлане исследуемых растений имеет следующие особенности (рш. 26), В опыте с дерново-подзолистой почвой независимо от начальной плотности клубеньковых бактерий сои в определенные сроки (5-25^ сутки для варианта с обливным внесением 6'10в кл/г почвы и 15-25^ сутки для варианта о низкой попу-ляционгой плотностью 5«10^ кл/г почвы) наблюдается небольшая стимуляция н,з«роа1сит а ризо плане сои по сравнение с другими растениями. В указанный период численность клубеньковых бактерий сои па поверхности Кореей растения-хозяина в 4 раза превышает показатель попудяционной плотности а ризонлане гороха и ячмени (рис. 26). Полученнне данные согласуются с результатами акеяерн-

мента по удалении стеблэй растении,

В едите с черноземом непродолжительная стимуляция в.japonic»* <15-40^ сутки) отмечена лишь при низком уровне численности С105-106 кя/т почвы). Эффект выявляется не только в ризодлаяе сои, но и ячменя: на 18^- сутки показатель численности клубеньковых бактерий сои на поверхности корней ячменя более чем а 8 раз превышает -индекс обилия B.japenlcum в рязоплане'гороха (рис, 26).

Итак, если в эксперименте о дерново-подзолистой почвой стимуляция клубеньковых бактерий сои наблюдается при разных исходных уровнях внесения только на поверхности корней расгения-хозяша, тов опыте с черноземом положительное влияние на е.japonicum, отмечено в ризопланв сои и ячменя лишь при низкой начальной численности. Следовательно, на динамику популяции B.japoaioum в рнзопла-нэ оказывает влияние не только вид рас тения,, но и тип почвы».на которой его выращивают.

В дальнейшем стимуляция клубеньковых бактерий сои постепенно ослабевает, - и к концу срока наблюдений прослеживается тенденция к стабилизации численности н.jeponicum - в р изо плаве сои, гороха и ячменя на уровне 103-104 кл/см^ корня вне зависимости от исходного обилия. Таким образом, в первом приближении ризоплаяа,в отличие от почва и ризосферы, имеет единую емкость среды для клубень-ковнх бактерий сои.

Особенности динемики клубеньков их бактерий в рязоплане р ризосфере инДшвгрованной и неинфицированной сои В обеих почвах можно обнаружить следующую закономерность в динамике популяции E.japonioum 1021 в ризосфере неинфшшровак-бой сои; при низком начальном уровне внесения (10® кл/г яочвн) в определенные сроки (10-30®- сутки) наблщдается возрастание численно ста R.japonicum в ризосфере по сравнении! с контрольной почвой (рис. 4а), Яри обильном внесении (ГО9 кл/г почвы) ни в одной из почв не удалось обнаружить стимуляции й. japonlcxun 1021 вблп-

дерново-подзолистая почва (а)

60 сутки

чернозем Са)

27 41 63 сутки

дерново-подзолистая почва (б)

4-------4-—♦

60 сутки

Чк

9 8 7

6

-I—Г-

чернозем (б)

■4-

-I---

15

25

40

60 сутки

Рис* 4 Динамика численности а.Зароа1оию в ризосфере деинфи-пированной (а) и инфицированной (б) сои (-•-) и в контрольной почве (-•-) при рааных начальных уровнях внесении популяции в дерново-подзолистую почву и чернозем; в — количество клеток на I г почли

Риэооферннй эффект, неблщаемнй для популяция а.^армцсип веинфицированной сои (чершзем)

Таблица 3 в прикорневой зоне

Уровень внесения образец почва 1 Сроки отбора образцов после засева семян, сутки

№Л1/ЛЛ1Аал "«¿ауи- • * - п1сиа д дрЧВ£ * ' 15 : 27 ' : 41 63

Низкий 1,68*10® :ризосфера (Ю5 кл/г) 26,9(40,2) ____:зюете5ЛЬ_ _ 14*21*5 ,!>_ РизосфервяЙ эффекг 1,82 22,2(*3,7) 8,74(41,58) _ §.«141,791 _ _ 7,12141,081 _ . 2,75 I 4,29(40,98) I

Ввсокяйд ¡ризосфера (107 клД} 13,1(46,6) ;коятроль ао7кд/1} 15,К±2,5) 7,77(44,20) 5,11(41,56) 16,2(45,2) 7,43(41,44) 5,10(42,10} 7,31(40,51)

Ркзосфершй эффект I I I I

Таблица 4 Рнзосферный эффект, наблюдаемый для популяции й,4ароп1сиш в прикорневой зона инфицированной сои, выращенной на черноземе

Образец почва

С£оке отбора ойразшв после высева сеиян,_с£тки _ 6 : ~ ~13 ~ ~ Т ~ ~ 23~ ~ Т ~ ~42 ~ Т ~ "б2 ~ "

Уровень внесения популяции а^вро-

а1сиш _ ц Е02Э2,__________________________________________

Ёвзый 9,82»10® 'ризосфера Гх06кд7гУ 7,44(±0,7эУ 7,86(42,54} ~8,14(±0,58} 16,6(42,3} 4,69(41,73} вд/г^ро^а_____гкрнгЕо^ 1106£л^г1 2,531*0,50) 3,021*2,541

РизосферныЙ эффект ■ 2,94 2,60 - . 2,25 * 8,16 3,15

Высокий ГДЙО9" * ризосфера По®кл7г7 ГбТзТ^.Й)" ЬТДЗВД- ~16,7(Зг74У ~97^(5зТ2ТГ05(5зТ41)

^ по^вы____цингролъ _(1О£КЛ/Г)_21,5(±2а21 _19,5{42а21 _ 13х31±2,7)_ 8,£1*1.181 0,571*0,20)

Ризосферкнй эффект I I !''.■!' 7,23

Контроль - почва без растения

зи корней сок (рис. 4а).

В течение первого месяца динамика В.^ароо1с1ш 646 в ризосфере инфицированной сок в целом аналогична таковой для а.Заро-п!ошв Ю21 в ризосфере неивфицированного растения. Стимуляция вблизи бобового-хозяина также наблюдается лишь при невысоких уровней: внесения (10®-Ю7 кд/г почвы) и не выявляется при обильной начальной чиолеяяостк кд/г почвы).Однако, начиная со второго месяца, выявляются принципиальные различия в динамике Н. ^аро-п1сшп в ризосфере инфицированных и неинфицированных растений. В варианте о невысокой плотностью популяции (10^-10^ кл/г почвы) при наличии клубеньков до конца опыта сохраняется достоверное превышение численности а.з«рои1сшв 646 в ризосфере по сравнению с почвой без растения (рио. 46, табл.4), в то время как для авиру-лентшго штамма ризосферный эффект после первого месяца опыта не выявляется (рис. 4а, табл.3).

При обильном внесении в.л&роп1сиш 646 (109-10^ кд/г почвы) ризооферннй эффект регистрируется в достаточно поздние сроки (после 40— суток) и на 60^ сутки равен 2 в дерново-подзолистой почве и 7 - в черноземе (табл. 4). В ризосфере веинфшгароваквой соя он отсутствует (табл. 3).

Итак, для популяции И.ЗаропЮит в ризосфере инфицированной сои по сравнению о неинфищхровавной после первого месяца вегетации растений наблюдается сохранение, а в определенные периоды - и возрастание величины ризосферного эффекта, причем время его появления определяется начальной концентрацией клубеньковых бактерий сои в почве.

Наиболее отчетливо различия в динамике вирулентного я авиру-лентного штаммов выражены в ризоалаве сои (рис. 5а,б). Бели в первой половине опыта характер кривых в целом однотипен, то, начиная со второго месяца, выявляются принципиальные отличия: снижение численности на поверхности корней не инфицированной

ia

дерново-подзолистая почва

О 5 15 25 40 60 сумм

Feo. 5 Динамика численности вирулентного (а) и авирулент-ного (б) штаммов к.Japonieum в ризоплане сои; н - количество клеток на I см корня

-Популяция ризопланы

гбенысовые бактерии, Популяция ризосферы

рующие растение I» у* \\

/ Не вступающие в сшЙиотичес\\ /кие взаимодействия клубеньковые\ . /бактерии на поверхности корня И

Размножение и развитие t Свободноживущие в почве . в клубеньках / бактерии j

Начало некроза Огмирашие клубень-

клубеньков у веге- ки и растения тирующего растения

Рис. 6 Цикл развития кыжоыиа в системе почва-

рас гение. Пунктирные линии обозначают предполагаемые механизмы пополнения риэобиальной ^оэтлядки в почве

сои а возрастание или стабилизация ее при инфицировании. Так, в дерново-подзолистой почве к концу опыта популяциошшя плотность B.japonicum 3 ризоплане инфицированной сои превышает численность в варианте без итрщирования более чем в 100 раз.

Штятгпе вн^сенид соломы яа дпнамккт поггтляши клубеньковых

бактерий сои в прикорневой зоне растения-хозяин^ g в щ>чве

Б практических задачах нередко возникает необходимость повысить численность популяции клубеньковых бактерий в почве до определенного уровня, необходимого для обеспечения инфицирования растений. ■

Метабиоз с почвенными микроорганизмами является одним из основных полокительных факторов, регулирущих численность клубеньковых бактерий и способствующих: их сохранению в естественных местообитаниях (Кожевкн, 1976; Кочкина, 1981)» Мы попытались акгяэи-зкровать этот механизм с целио увеличения численности a.jeponi-

cum 646 в условиях полевого эксперимента с внесением в почву солода.

Установлено, что предварительное внесение измельченной соломы способствует значительному росту численности клубеньковых бактерий сои в почве - более чем на порядок по сравнению с контролем (табл. 5). В то же время в присутствии бобового-хозяина солома не оказывает' существенного влияния па ризобиальную популяцию в ризосфере и ризоплане растения.

Полученные данные подтверждают предположение о том, что в почве при наличии соответствующих субстратов полимерной природы - и прежде всего целлюлозы - роль растения в сохранения ризобиаяь-ной популяции переходит к почвенным гидролиз ухщим микроорганизмам (Кохевин, 1976).

Влияние внесения соломн на-численность плане в ризосфере сов и в почве

Таблица 5 а. ЗароШоиа в риэо-

^ — — — — — .— — — _ _ I—— ____

^ ; Численность К.З&роп1сит (10 кл/г дочвы (корня)

:вариант с внесением соломы

вариант без внесения соломы

о .----— — — — — — — — — — — — — ——————————————

•ризосфера сои

ризопла— •контрольна сои ;ная почва

ризосфера

ризо плана

о,

т

контрольная почва

0 9,9±4,7 5,5±2,4

8 9,6± 4,8 7,41± 3,3 16,1±5,8 11,6 ±5,7 5,5± 2,8 8,22±2,8 20 84,1431,2 48,1^16,6 Э0,9±18,6 111,0*32,5 44,7*21,4 7,56*3,1 32 66,0*25,9 32,0+15,9 65,1*22,8 89,6*30,3 33,3*Г2,7 3,97*1,9 70_ 32^8* 8,9 _50,Х^4А4_ _ 57^0*22,7 _2б ,3^5А6_3А7_±Т,4

ОБСУЖДЕНИЕ

Изучение популяционной динамики л, ¡)ароп1сшп в ризоплане рпстеяж?- с одной стороны, к в ризосфере и почве - с другой, позволило установить принципиальное различие указанных сред обитания. На поверхности корней отмечается тенденция к стабилизации численности клубеньковых бактерий сои на едином равновесном уровне независимо от исходного обилия. В ризосфере и почве конечные уровни стабилизации заметно зависят от начального содержания в.^арош-

сиш в почве. Этот вывод согласуется с основным следствием математической модели ризосферы Ншлена и Ватсоиа ( Иетоодп, «аг-зоп,1977 ) и указывает на соответствие экологической стратегии клубеньковых бактерий сои условиям, складывавшимся в ризоплане. Именно такое соответствие позволяет внесенной популяции реализовать потенциальные возможности для выраженного роста при низкой начальной численности, чего не наблюдается в ризосфере и почве.

Внесение популяции д.зарап1сшо в почву показало, что клубеньковые бактерии сов хорош приспособлены к обитали» в ризосфере и ризоплане разных растений. Действительно, - еж в одном из экспериментов не был зарегистрировав отрицательный ривосферный эффект Во

2t

сторона какой-либо из исследуемых культур, в тон часле и в ризосфере праха а ячменя.

Вместе о теш, из всех исследуемых растений наиболее благоприятные условия для H.japonieum складываются вблизи горпей сох. Здесь poor численности наблюдается в обеих почвах, в го время xas для ячменя положительный ризоофердай аффект зарегистрирован только в черноземе, а в ризосфере гороха он вовсе отсутствует. Показательно также, что максимальное стицулирушее воздействие корневых выделений на популяцию после удаления стеблей отмечено в варианте с соей. Полученное данные позволяют заключить, что вблизи корней растения-хозяина создастся более благоприятные условия для в<3&роп1еиш по сравнению о другими растениями. Надида признаки селективности, хек специфичности данного мевюобитанся. Вместе с тем, »та селективность не является строгой или облигатной, поскольку , например. положительный риэосфернай эффект наблюдался ж для авврулевтяого штамма в варианте без образования клубеньков» Кроме того, в черноземе отмечена стимуляция н.Japoulcum вблизи хореей ячменя. Следовательно, результаты напето исследования не подтверждают представление о строго специфической стимуляции ризобнй в ризосфере гомологичного бобового, преашествуицей ею инфицированию ( ITutman , 1965)*.

Однотипный в течение первого месяца опыта характер динамики B.japa&ioum в ризосфере инфицированной и нешфицированной сои о одной стороны, и в ризоплаяе - с другой; также указывает на отсутствие специфической стимуляции ризобиального симбионта корнями растения-хозяина на начальных этапах взаимодействия ыехду вши.

Однако, начиная со второго месяца, в ризосфере в - в большей степени — в ризоплане зараженной сои происходит возрастание численности н.japonlcus или еЗ стабилизация на высоком уровне, в то время как для неинфидиров анно И сои отмечается снижение популя-циониой плотности ризобий.

Указанные разлитая регистрируются на определенно« этапе развития растения, начиная с 30-40^ суток. В условиях вегетационного ошлга в s тот сериал происходит бутонизация растений, которая сопряжена с началом некроза клубеньков. Разрушение части клубеньков действительно наблюдали а эксперименте.

По вмещимся в литературе давним содержание клеток в. japonicen в I мг ткани клубеньков сои звесша значительно - 4,1-10®--7,6*108 для эффективных нтаммов ( Pugashetti, Wagner, 1979 )* Показано ( Kuykendall et ab, 1982 ), что инфицирование сов способствует наибольшему распространению E.japooioum в почве по сравнению с другими растениями. Поэтому можно предположить, что за счет высвобождения ржзобий из разру дагошхся клубеньков происходит существенное пополнение популяции й.japonicum в ризоплане инфици— рованвой сои. В силу миграционных процессов определенная часть популяции должна поступать в ризосферу, что, действительно, выявляется в достаточно поздние сроки опыта.

Таким образом, если в первой половине эксперимента появление ризосферного эффекта обусловлено стимуляцией E.japonicvm корневыми эксудатами сои, то сохранение либо возникновение ризосферного эффекта к концу второго месяца может происходить за счет пополнения популяции ризопланн в ризосферы бактериями, высвободившимися из влубеньков растения-хозяина. Иными словами, на определенном этапе развития бобового растения существенным механизмом пополнения популяции клубеньковых бактерий вблизи корней может быть высвобождение ризобпй вз отмирающих клубеньков (рис. 6). Скорее всего именно поеному бобово-ризобвальвий симбиоз в конечном итоге способствует поддержанию численности клубеньковых бактерий в почве на относительно высоком уровне ш сравнению с другими ситуациями (иные растения или отсутствие инфицирования растения-хозяина).

23

ВЫВОДЫ

1. С ломоть» попудяпронного подхода показано, что клубеньковые бактерия сон хорош приспособлены к обитанию в ризосфере в ризо-плане бобового растениЫхозяпна, негомологичного бобового в злакового растений, а также в дерново-^юдзолисгой почве в в черноземе,

2. Для в*Зарод1сиш в ризоплане растений характерна тенденция к стабилизации численности на едином уровне (примерно 103-104 клеток/см2 корня) без выраженной зависимости от исходной популящгояно) плотности. В ризосфере и в почве без растений конечные показатели численности В.3арап1сш1 существенно зависят от начальной популя-ЦИОННОЙ плотности.

3. Ризосферннй эффект для клубеньковых бактерий сои* определяется начальной численностью популяции в почве, видом растения и типом почвы.

4. Стимуляция в.^ареп1еит. расгением-хозяшгам не является строго специфической, поскольку на ранних этапах развития сои шложитель-ный ризосферный эффект зарегистрирован не только для вирулентного, но и авирулентното штамма Е. ^роп1сищ , не вызывакщего образования клубеньков у сои.

5. Установлены принципиальные различия в динамике вирулентного и авирулентното штаммов а. Заросши вблизи и на поверхности корней сои, начиная со второго месяца опыта. 5 этот период отмечено возрастание численности н.Зароп1ешп в ризосфере и особенно в ризоплане инфицированной сои по сравнению с нешфицированноЙ.

6. Показана возможность целенаправленного управления численностью популяции медленнорастущих клубеньковых бактерий сои в условиях мелкоделяночного опыта. В почве в отсутствии растения зарегистрировано значительное (более чем на порядок) повышение численности

В^Зароп1сит при внесении соломы.

7. Показана возможность определения показателей абсолютной численности микроорганизмов в почве на примере клубеньковых бактерий

еои. Получена гарантии того, что относительней учет дает правильное представление о динамике численности популяция«

По мятержигям опубликована СЛедтшге работав

I. Динамика популяций бактерий в системе почваг-растение (Н.П. Кириллова, Г.А. Стасевич, П.А. Кохевин и Д.Г. Звягинцев). Ыякро-бнология, 1981, т. 50, вш..1, о..128-133.

2* Определение популяционной плотности клубеньковшс бактерий в почве (Звягинцев Д.Г., Стасевич Г.А., Кохевин П.А.). Доклада АН СССР, 1982, Т. 252, * 4, е.. 1004-1006.

3* Оценка численности клубеньковых бактерий в почве. Лисичкина Г.А. "Труды 5 Научной конференции молодых ученых ф-та почвоведения ШУ, Иосква, 3—4 февраля 1982". М;» 1982, 82-83 (Рукопись деп. в ВИНИТИ 18 янв. 1983 г. S 286-83 Деп.).

4. Динамика численности нмгоЫид japonicum в ризоплане в ризосфере различных растений (Лисичкина Г.А., Кохевин П.А., Звягинцев Д.Г.). Микробиология, 1983, т. 52, вып. 4, с. 646-650'.

5. Влияние внесения еоломн на динамику численности вмхоЫиш ¿а-

paaicum в ризосфере, ризоплане сои и в почве (Лисичкина Г.А., Кожеаин П.А.). Микробиология, 1984, т. 53, вып. 2, с, 345-347,

6. Способ более полного количественного учета микроорганизмов в почве (Звягинцев Д.Г., Лукин O.A., Лисичкина Г.А., Кохевин П.А.). Микробиология, 1984, т. 53,вып. 4, с. 665-668.

7. Динамика численности вирулентного я авирулентного штаммов ВЫгоЫш japonicum в ризоплане и ризосфере сои (Лисичкина Г.А., Кохевин П.А., Звягинцев Д.Г.). -dUtrvfittktZUPl'lUi

Пт « ёо,OS.fSn.'9396V Ф. 60X&/S6

Фи», в. л. ¿,£0 Уч.-им. Л. ^О г»ш»у/6Р5 Тираж -JOO ,

' ОрМИ» Оми Пл«п> ИМ*Т№1ЬСТН> Mocwmiho ymnepemna 103009. Москаа. ул. Гсрима. VI.

Tmwf^n орле«! .Знак Попета, м.ш МГУ, Мое«**, Лтамгмк три