Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

АССОЦИАТИВНАЯ АЗОТФИКСАЦИЯ В КОРНЕВОЙ ЗОНЕ ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ СЕМЕЙСТВА ЗЛАКОВЫХ

ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "АССОЦИАТИВНАЯ АЗОТФИКСАЦИЯ В КОРНЕВОЙ ЗОНЕ ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ СЕМЕЙСТВА ЗЛАКОВЫХ"

н-гъъъг.

ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ДРУ2Ш НАРОДОВ АКАДЕМИЯ НАУК УССР

ОРДЕНА ТИГРОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ИНСТИТУТ МИКРОБИОЛОГИИ И ВИРУСОЛОГИЯ им. Д.К.ЗАБОЯ01НОГО АН УОСР

На правах рукописи

ВОДКОГШ Вктахий Васильевич

УДК 579.64:631.461.5

АССОЦИАТИВНАЯ АЗМИКСАЩИ В КОШЕВА ЗОНЕ ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ СЕИЕЙСТВА ЗШОВЫХ

(03.00.07 - микробиолог««)

1

Автореферат диссертации «а соискание ученой степени кев2и£ата биологических неук

К и г з

- 195(7

' Д(ю<)

Работа выполнена в добора гории Украинского иеучг(о-иоследовагедьсКго^¿а-W - ..-■■■ скохозяЯственной микробиологии» ' 1

НаучныЯ руководитель: член-корреспондент АН УОСР,

доктор биологических наук, профессор АНДРЕКК Е.И.

Официальные слпонснtj; доктор биологических наук, профессор

УМАРОВ U.U.

кандидат биологических наук, доцент ШЕВЦОВА И .И,

Всхуцея организация; Всесоюзный научно-исследовательский

институт сельскохозяйственной микробиологии, г.Ленинград

соскта состоится /6 i ng? года в -^^час.

но заселанаи спеиизлизирэЕшгного Совета Д 016.06.01 при

;'ястлтуте микробиологии t: вярусолэгни им. Д.к.^абояоткого

АН УССР по олрссу: 252627,ГСП, К»св--1<»3,ул.гвбокйтного,гб. ,

С .--.юсертЕцксй мс^мо о он г; к с ми г ъсп в Скйяиотске Яч статута •(;г!-:ройкзззг;г;; вирусологии км. Л.К.Зойолотного АН УССР.

Азтзре^егат г.^сссртакни разослан 1587 г.

7чгк:;Д секс»;гарь с "света

К05АЛЕКК0 Э.А.

ОКЛЯ ХАРАКТЕИСПКА РАБОИ

Актуальность тенч. Биологическая фиксация азоте атмосфер! в настоящее время отнесемв к числу важнейших вопросов почвенной микробиологии* Высокая энергоемкость минеральных азотных удобрения, а также загрязнение окружавшей среди* возникаете при применении вчеоких доз минерального азота, приводят к э«воду о необходимости более полного использования азота атнос?ерч, Фиксируемого микроорганизмами, как азота дешевого и экологически чистого.

Роль различных групп азот^мксирующих микрооргвнизмов в азотном балансе почв изучена неодинаково. Хорошо известно значение клубенькозчк бактерий, фкхсиругсих атмос+ернчй азот в симбиозе с бобовчми растениями. Что же касается несимбиотических диаэотро^ов, то долгое время считали, что их роль в пополнении почв биологическим азотом невелика.

В начале прошлого десятилетия, благодаря появившимся ковчк методам изучения процесса агот*нксеции, Сищ проведени работа, свидетельствупдие о повчшенкая активности азот+икса-ции в коревой зоне нейобовах растений (Калининская с соввт* 1972; Н1паи4о, 19711 Вайап&теви «ъ о1. РоЪсге1пог,

1973). Мление пэв'/оекноИ фиксации атмосферного азота в ризосфере растений подучило название "ассоциативная азот*икса-«ия"»

Еолыгннство исследования ассоциативной аэаг*иксеции бч-ло проведено на объектах трсличесхоП и субтропической зон, где климатические условия благоприятствуют протекенис данного процесса. В зоне умеренных сирот исследования проведенч в значительно меньших месатабвх, разворачиваете« они ж*зь а настоящее время. Тем не иене«, их результат одкозначек - * '»эргево» зоке^иноплпкбобовчх-зон^.умереиного климат» ат-

; -г.,'*-|

- г -

вность азот^иксвции сушествейио превысеет активность почвч без растений (Калининская с совят*. 1972; Мальцева, 1973; Умвров, 1562; Ьерестецкий, Васек, 1963; Ylaeealc, Rejndere, i 97В).

б связи с тем, что количество проведенных; работ по ленному вопросу небольшое, в литерету ре отсутствует сведения ло активности взот^иксации под рядом растений, в также по езот-фиксирующим микроорганизмем, ответственным за этот процесс. Весьма противоречивы данные по влиянио на ассоциативную аэот-¿иксация антропогенных Факторов* в частности минеральных азотных удобрений.

Цеаь и задачи исследования. Целы» настоящей рабом баю изучение активности аэотфикевции в коревой зоне зла*свах растений и азстфиксирувших микроорганизмов* ответственных за этот процесс*

В соответствии с указанной целью решались сдедугвие.задачи:

I. Нодн^икецкя ацетиленового метода определения активности аэотФиксайии с учетом водно-воздувнах свойств почв*

2» Определение активности ввотЪккспции в зоне корней представителей семейства злаковых, типичных для зон Полесья и 1есостепн. Отбор растения, активно стимудирувтих процесс азо-тфиксации в корневой зоне.

3» Изучение аэот^иксирушкх никроорганнзмов ризосферы, риз солоны и гистосферы отобранных растений.

Изучение влияния не активность азот£ихсвции и взотФи-коирувдне микроорганизма различных количеств минерального азота.

5. Определение возможности увеличения урожайности р«сте~

ний при инокуляции выделенными диаэотрофными микроорганизмами.

Научная нозигна и практическая аенкость_г)айотч. Впервае произведена сравнитекьная оценка активности вэо^иксеции в кэ-ЕИевоЯ аэне 12 видов злаковчх растений, типична* лдя зон Полесья и Лесостепи УССР. Определена проективность азот*иксации под ройграеом пастбиснчн и костром безостом, произраставшими но дерюво-чюдэолистой почве. Нэучекч азот^иксируссие микроорганизм! корнсвоя зона райграса и костго. Изучено азияние минерального азота на активность процесса и азотфиксируюаие микроорганизма зона корней этих растений. Показана возможность увеличен ич урожайности райграса яастбиьного к костра безостого от икокуляиии вмделеннчми диезотрадными микроорганизмами..

Розработойнал нами модификация метода определения активности аэот^иясации, позволяет стандартизировать парциальное давление ецетилеио в инкубационной камере при учете воано-эоз-дуин'лх свойств пзчв и молгет примениться при изучении октизнос-ти процесса на разках типах почв. Полученные результат могут использоваться при расчете оптинадьнчх доз оэотялк удобрений под раЛгрос и костер. Рсэультота робота до изучении о*^ктиа-мости инокуляции траэ аэог*иксаторами могут послужить основэя при разработке бактериального препарата*

Апробация диссертационной рсботч. Основные материала диссертации ¿чли долэаени на УХ Всесоюзном Еаховскои коллоквиуме (г.Тбилиси, 19533г.), Республиканском семинаре "Методические вопрос» экологии почвенных мшсрооргенизнов**(г.Кисз,1«??г.)| Зсесовзнси координационном совецении иксеспч азотз ниг.™>эр-гэдизмами в ризос$ере и на хоркяк небэбов*« культур" (г. ата.

Республиканской конференции "Пути повксенич тиз—

нссти *акгзроа интенсификации сельскохозяйственного ■

тве" (г.Вильнюс, 19Вбг.), Всесоюзной «псохе молодых ученых я специалистов "Современнее проблемы использования биологического азота в земледелии* (Нсрва-Ячэсуу, 1966г.), И Республиканской конференции молодых ученых, аспирантов и специалистов "Вклад молодчх учеммх я интенсификацию сел ю* ох оаяЯ ответного Производстве" (г.Хврьхов, 1966г.).

Публикация результатов исследования. По материале* диссертации опубликовано 9 печатных работ.

Структура и объем работы. Лиссертвцкя состоит из введения, обзора дитературч, экспериментальной части, вкхпчаещей 7 разделов, обсуждения полученных результатов, вчаодов, списка использованной литература, вхлпчаоцего 228 источников (66 отечественных и 162 иностранных авторов) и приложения. Моте риалы нахожены на 162 страницах машинописного техста, содеряот 26 таблиц и 17 рисунков.

ОШКШ и КЕТОДЫ ИССШШЯИЯ '

Объектами исследований служили представители семейства Роасвве - зерювие и корювче злаки: кукуруза, озимая рожь, овес, озкиая ляеннца, ячмень, райграс пвстбИЕниЯ, костер бев-остчЯ, полевица белая, канареечкихтростхихавидний, тимофеевке луговея, овсяница дуговая, ежа сборке*.

Изучение активности взог^икеацки в коревой зоне растения проводили в условиях вегетационных опыговна дерково-яад-залкгтоД пылеватосулесчакой СрЙ - 6,65. гумус - 0,6-1,0?) я■■■ дугсэо-чсркоаемноЯ (рН - 6,55, гумус - 2,6-3,6*) почвах, в твкке в пслевих опытах на черноземе мойном среднесуглинйотом (рН - 6,90, гумус - серой олодзоленнсД хрупнолылезато-

с?п ^чаной (рН - 5,10, гумус -1,6-1,9$) к дерюво-псдзолмс-

тоЯ шлдсватосупесчшой (рН - 6,55, гумус - 0,9-1,2«) почвах.

Активность азот^иксации определяли ацетиленовом метолом в навесках почва и отмытих корнях ( Шигау е* 1973; ЕоЬв-ге!пвг вг 1972).

Для определенил активности азот^мксзции в ненарушенном монолите почэч с растениями ¿»дм разработана специальное ме-. тонические присми.

Потенциальнуп активность оаог^иксации в почае определяли по методу Умзрэвв (1976). Потенциальную активность азот^и-ксации на кэ;«ях определяли при добавлении к корням энергетического субстрата ввиде полужидкой синтетической сред^ с сахарозой и мояего».

Содержание этилена определяли на хроматографе "СЬгоо-ч-* с пдаменно-кэниэациэннмм детектором на колонке ъ р'- -охеи-дипролионитри лси.

Численность розлнчних групп оэог*ихсирус«их микроорганизмов учитывали на жидких средах Оикогродского, Фелорэоа-Коди-нинскоЛ и полужидких - Дзйерсйкер и ?сби с использованием ацетиленового тсста (Калининская с соавт., 1361; т/111еа1п «ъ а1., 1974) методом предельных разведений.

Числе культу ради аз отрогов выделяли по общепринятом методам (Звягинцев, 1960). Бактерии рода Атозр1x111ил наделяли по методу Кассраса ( Сазегев, 1932 ). Нитрогенозную октиз-ность чясг« культур определяли иа «олужидхоЯ с реле Дзбе рейке р. АэогЬкксиртттаув активность азоспарилл оценивали также с помодьо ^к^ спеЕтрольно-эмиссиэннтм методом.

Корфояогио Сектериальи^х клеток изучали в *азовэ-кон сгнок и электронном (2МЕ-100) пироскопах. ¿кгиз.юго-

сиохимичссхие своДстза культур изучали по Общепринятом «етз-

ликам (Звягинцев, i960) и описании* в ж иге рагу ре (ТлггалЛ et el-, 1979),

Для некоторых культур определяли нуклеотиддыл состав IHK (ГчЦ, мод.*). Выделение ДНК проводили по методу Hajwypa (11аттих,1961).Нуклеот1Ш<иЯ состав ДОК устанавливали методом тепловой денатурации по Мвндело и Натуру (Белозерский,1970) Для изучения приживаемости азоспирилл в корневой зоне KofMCBux трвв применяли резистентный метод.

Влияние различных доз минерального азота на активность аэотфиксацкм к азот+иксирувиие микроорганизм» изучали в условиях вегетационных и полевик опытов по схеме -I. Фон

2. Фон ♦ Э. ♦он ♦ BgQi Фон ■+ »I601

5. Фон + Повторное» спытса - четырехкратная. 8 ка-

честве езогкого удобрения применяли «мкиачнув селитру. Удобрения вносили дробно - 3 раза за вегетационные период. Влияние инокуляции корневыми диазотро+амина.урожайность райграса и костра оценивали в вегетацконпчх опытах (повториость -пятикратная) и полевом эпчте (повториость - четырехкратная) на д© ¡нов »-подзол«стой почве*

Для определения фиксации азота азоспириллами в ассоциации с хорями райграса методом изотопного разбавления ( с ) был поставлен модельный опыт в фитотроне* В качестве азотного удобрения в сосуды с вермикулитом вносили (HH^i^SO^ с печеным изотопом. Обогащение равнялось 95*. В опыте -

использовали реактивы с категорией чистотч "хч". Повторность опита - пятикратная. Изотопный состав образцов определяли на кисспектронетре НИ-1Э05.

Экспериментальные дынные боли обработаны математически (дс^яереионння и корреляционная анализы) по Лоспехаву (1973)

0CH03HUE РЕЗУЛЬТАТЫ 1ССЛЕ1СЗАНКЙ

Модификация мегодч on ределения активности озотфиксвции "

Существующие модификации ацетиленового метода определения активности еэогфжеацин в корневой зоне растений обладают некоторыми недостатками. Тек, стебель и листья в них инкубируется в камере, что создает возможность усиления микробной активности через усиление интенсивности фотосинтеза (вследствие возникновения "парникового э-^екта"). Проблематичным становится тпкхе определение азотфикоеци-л в зоне корней вчеоко-стебедьнчх растений. Кроме того, в силу большой гетерогенности почв (тох, у одного типа почву объем пустот может составлять а у другого достигать 8Oí), становится невозможным поддержание стандартного парциального давления ацетилена в камере.

Избежать перечисленные недостатки позволяет предложенная модификация, которая сводится к слегуэиену. Эзиеоеннч»! мэно-лит почви помсаавт в камеру одинакового с ним размера. Комсрз сверху закрывается пробкой с отверстием для прохода стеблей. Отверстие герметизируется пярстичнмм материалом, а сверху заливается вода для контроля герметичности. Ацетилен вводится через боковуо резяиовув мембрану в количестве 10% от объема пустот монолита. Обгем пустот определяется по формуле:

онного сосуда (монолита); ^ — объемней вас почвы с учетом влажности, определяемый как отношение веса монолита к ейгемт;

d - 7дельнай вес почвы, определяемы» одим^зз ш данного типа поча^*

в почве и в системе "почва-растение'

- е -

Аиетилен вводится шприцем непосредственно в почву под давлением, что способствует быстрому распределение газа в почве. Стебли растения находятся вне канери. Сосуд с монохитом видерживавт па свету, чтобч не прерывать процесс фотосинтеза у растений. Длительность экспозиции с ацетиленом зависит от типа почвы и составляет 0.5-J4.

Результат* параллельных одновременных измерения азот-Фиксации двумя способами — предлагаемым и диффузионным,показывают, что применение данного методического приема позволяет избежать овибок.вознижавцих при инкубировании образцов вместе со стеблями и листьями в известном способе.При этом к а <5 л сдается более высокий уровень активности аэот^их-сации (доказуемый математически). Устрвняптся такке неудобства, возникающие при работе с внеокостебельными растениями.

Активность езотфмкеации в корневой зоне'. маковых растения

При изучении активности аэот$иксвции в корневой зоне представителей семейства злаковых в условиях вегетационных опмтов было выявлено стимулирувпее влияние всех . иэучаемчх растений не данный процесс (Табл.О. Однако размеры нитро-генвэной активности зависели от вида растения.

Активной Фиксация атмосферного азота была в.зоне хор-кеЯ костра, пайграса, овсяницы, штви.т, озимой р*и.

Определение митрэгенаэноя активности в ривос*ермоЯ почве * на отмытчх хотях аоказывеет, что она в значительной степени обнаруживается на корнях растений. Почва ризосферы по активности мало отличается от почвы без растения. '

к о m

4>

S.

О

К О Я

я ^

8 & ж о

s

и

_ м ü * в О я

а«

X »

ii

"t й

о S »

« «

m S

м n

X

S

w X . я

s

ю s.

OOOOOOOOOOM*-*

1Л '

еч о

«Л (Л |Л (л M О

и и t ^ " О Ь-н (\J (\1 О

OOOOOOOOOOOw ************

оооооооооооо ♦I +1 41 +1 +1 -И +1 +1 +1 +t +1 +t

ÄRälARn^tvBSßo

* 4 «

ООО

lai

* « «

ООО ♦1 +1 +»

S!ßR3$S!

(Otf ФПН # * » » *

о о о о

S 3 S S 8 8 S 3 3 8 S S • * * *

о о о о

+t +1 41 41

r m

м rv r* tr! r>

O O 1-4 о о

о о о о о о

+1 41 +1 +1 -ti 41

[> и i S3 H s a oí ri oí о

(Л гл vo CQ t-ООООООООООмО

о о о о о о

ft +1 +1 +» 41 41

оооооооооооо

4| 41 4( 41 41 41 41 +1 4| +| 41 41

й Hí RR Ä ri к

оооооооооооо

я

« а ■ ■

Ёи а

S U

к щ в

К В 0

к в о

« В SC '

g «

ж ы

Z о ' ■ Д и

& &г 13 6?

s

s m

я

о *

о +1

■о-

«

*

о

РЧ (у

о «

о

+1 %

<п

s «

о

♦I

*т ■ «

а

о

«

x

О

(в «ч •Я R О x

о X

о с*

о »

«в ч

к

s и

о

а ¿

к-

к «>

а

&

о о

V »<

t> а

и, X о п

гг

о ta ш

В.

о и

s «

t

о «

I

и о

•я X

sc П

X s

щ »1

Г M

t-, «

s *

с о

X

H M

<u a

в я

i g

& &

. u ft

i

- В x

w s

3

s

X

» а

s S

5 3 g в 2 S

s

V

к te t) tr

I?

S3

X 3 я s> в n s №

а

•я

s

H

X

s а

■ x

V «

<3 *

s

- л

H &

s.

«I ' «

s 5

i s

PI о

О Kl

a

* 5

g g

«

t) к

И X

о X

c с

• о

а а

8 8

« «

s

-Г и о

0 ч

а г

£ а

а 4

X

к к

1 &

s :

<0

S 31

я

ü V

a

т «>

г

о

и &

es о

M

W ■

A ti

И о

и te

г s

Я) »1

ж ц

к

« в

s s

о о

«J »

s *

. в

â a

a m

к »

te s

s s

43

ч и n о t. a

о u

<ц m

ri O.

s и

а g

о к

s

ж и

41 x

а

8 о

ß 3

£ -

m

а

о

а

г a

?

к a

i

и «

8

в

ПС V

ж

■>

о

a

а

4> О

8 Л

я о.

X

и

s

я

s

к a

« о

5 е

6 s

ж ж

О U

s s

? а

о

2 *

a я

t

%

X X

v

V

о u.

•4

о

я

?

л *<

и

я а.

a wt

se «

Jг

„ fr

о. ж

а

о м

« 8 « «t

о о M

J

ти нитрогеназноЛ активности к корням растения.

Изучение продуктивности азотфиксацки на посевах paftrpaca , и коатра показывает, что в корневой зоне этих трав фиксецич мояет достигать 6-8 г азота на гектар в час (Табл.2). За ISO дней вегетационного периода под райграсом било фиксировано окояо 16 кг азота, а под костром - около 19 кг азота на гектар.

Таблице:?.

Активность Фиксации азота в корневой зоне райграса и костра,в1 jраниваемих на дерново-подзолистой почве (г n /га/ч)

! Корневая зоне ! Корневая зона ! Почва без определения ! райграса ! костра ! растений '

май 6,77 i 0,13 8,72 i 0,04 1,84 ± 0,22

иянь 6,52 ± 1>Л0 7,06 i 0,41 1.35 i 0,20

киль з.ег i 0,09 4,33 ± 0,12 1,39 i 0,10

август. 2,97 i 0,07 3,76 ¿0,21 0,68 5 0,05

сентябрь 2,12 i 0,25 1,99 i 0,96 0,5£ г о.об

Влияние минерального азота на активность азог^икевции в корневой зоне райграса и_ костра

Изучение влияния аммиачной сеяитри на азот4шссацив в условиях вегетационных опытов позволило установить, что нев!/со-* кие дозч аммиачной селитры (13 и 26 мг азота на I кг почви, что соответствует 40 и £0 кг/га) стимулирует процесс азотфик-сации в корневой зоне кортовых трав (Табд.З).

Отмеченная особенность бчла подтверждена и уточнена в по-лезчх отитах. Невысокие дэзи минерального аээта (40 и ВО кг/га) стимуакроваяи ннтрогеназнув активность на корнях растений. Особенно наглядно это проявляется при изучении потеиииадьной активности азот^иксации.

Таблица 3.

Влияние минерального азота на азотфиксируюшуо активность в корневой зоне райграса и костра (мкг И/сосуд*/ час)

Варианта опыта | Ко^ГрасГ8 ! Корневая зона ! костра

Контроль (без азота) 0,180 0,398

«40 г, ¿56 1,486

%> 0,697 о, ад*

К160 0,090 0,396

^320 . 0.127 0,400

НСР05 - 0,146 НСР05* 0,375

* объем сосуда (почвенно-рвстительного монолита) *= ЭООсм3

Проведенкио определения показдвапт. что етимулирупсиЯ эф-бект невысоких доз азотных удобрений начинает проявляться не сразу* а по истечении приблизительно 20 дней после внесения удобрений й сохраняется продолжительное время (до 90 дней) с постепенным смешением пика активности с варианта с дозой азота НО кг/га в вариант с дозой азота 80 кг/га (Рис.1).

Характер влияния минерального азота на азотйиксирупау» активность в корневой зоне двух видов растения аналогичен.

По всей видимости, наибольшему проявление нитрогеназной активности способствует наличие в субстрате определенного (небольшого) количества минерального азота. Если же концентрация азота в субстрате (а почве) больве необходимой, то полное проявление активности взотфихсации наступает после понижения концентрации азота.

• Это подтвериавт опыта по В1ясненип влияния минерального ааота на активность азстбиксацни в корневой зоне трвв при в»-ранивши» их на двух контрастна* по плодородии типах почв -

%/О

4 I

¿ни слреюшии я ос а с внесения шоврснии - /Зля.

О -

---25ы

А / N

1кы опиешеиип гос*е д шсенхя ишрен.ш :

А / —:- 13АН.

г оС.\----

// Л\\----- 651*. .

// / \ 90ля.

о ю во /бо зёоНози о 15 30 /«о ззсЦоЗ'ы

а б

Рис. I. Динамика потенциальной активности азотАиксоции на корнях костра: а - весеннее внесение удобрений;

б - внесение удобрений после 1-го укоса.

я /

/3

(мрлг я&г&м)

о i»

26 Зг Аоли азот.

з б

Рис. 2. Влияние минерального азота на вхтивность азот-фиксации

з зоне корней райграса (я) и костра (б) в зависимости от типа почвы: ■ ■- - дерново-подзолистая почва;

---- _ яугово-чернэземнея почва.

* объем сосуда (почвенно-растительного монолита) » 300 см3

деркоао-лодэолистоЯ к лугово-черноземной. Применение невысоких доз аммиачной селитры на лугово-чеуноэемной почве стимулирует процесс аэотфиксации в корневой зоне райграса, однако I значительно мемьпеЯ степени, чей это имеет место на дерно-во-подззлистой почве. Активность азотФиксации в корневой зоне кострз, вчрапиваемого не лугово-чернозеиной почве не стимулировалась невысокими дозами азота. В то же время, применение невысоких доз аммиачной селитры под костер на дерново-подзолистой почве позволяет повысить активность процесса азэт-*ихсаиии в три раза по сравнении с контрольным вариантом(Рис.2)

Изучение активности азот^иксации в ризос*ерной почве растений в зависимости от уровня удобренноети минеральным азотом позволило установить возрастание китрогенаэной активности в 1,5-2,7 раза по сравнению с контролем в вариантах, пол учащих 40 и 60' кг азота на гектар.

При первичном изучении азот^иксации под злаковчми культурна было отмечено, что ризосферная почва мало отличается по активности аэотфиксации от почвы без растений. Однако, измерение китрогеназиоЯ активности в почвах, получавших минеральный азот, позволило уточнить этот в'»вод. В варианте полевого опыта, не получением минерального азота,рнэосферкнй эффект растения не наблюдался, что подтверждает сделанный ранее вгеод. Однако, ухе при внесении 40 кг/га азота активность азэт^иксации в ризос^ерной почве райграса в 2,3 и костра - в 2,9 раз внве, чек в почве пару в тих плошадок. РизэсфепныЯ о**ект наблюдается и а варианте с дозой азота 60 кг/га» однако в «еньсеЯ степени, чей в варианте с дозой азота 40 кг/га. Внесение высоких количеств минерального азота (320 кг/га), как правило, угнетает активность азэтфикеации в корневой зоне растения.

Азотах с ируиаие микроорганизма кошевой »они райграс» пастбищного и костра безостого

Изучение группового состава азотфикеиругкей михро^дорн корневой зоны райграса и костра показывает, что ассоциации "езотфиксирущие микроорганизмы — корни растений" является гетерогенными по своему составу. Висел разведений гомогенатов хореей и разведений.ризосфер»ой почви обнаруживает при су тс т- . вне бактерий рода Clostrldlue, азотфиксиругцих спирилл я азогфиксеторов, развивавшихся на средах Эяби и Федороээ-Кади-нинскоЯ.

На корнях растений численность диазогромов особенно высока, что подтверждает наблюдения о приуроченности значительной части нитрогенаэноЯ активности х копиям растений. Поверхностная стерилизация корней этанолом хотя и снижает численность азот^иксаторов, но не устраняет их полностью. Это свидетельствует о локализации значительной части микроорганизмов в собственно корневой ткани - гистосфере. Изучение количества аэогЪиксвторов в почве паругщих площадок, взятой для сравнения с ризосфер}ой почвой, похазчвает гораздо меньшую их численность, чем в почве ризосфер«. Эти данное свидетельствует о значительном ризосферном э^екте райграса и костра в отнесении азотфиксируюиих микроорганизмов*

Определение активности вэотфиксации микроорганизмов показало, что из 120 чистых худьтур, видехеннчх из корневой вони райграса, более активными оказались 26, фиксируппие более 0,1 мкг азота на мл о ре дм за сутки, в из 73 культур из корневой зон» костра - 14*

Идентификация культур позволила отнести их к различным систематическим группой.

Аэот^иксирувцио микроорганизмы корневоЯ зона райграса представлен» родами Agrobaoteriuja, Aaospirlllum, Artbrobacter, Pseudomonas, Bacillus, ülexococcua (ТббЛ.Ч). Одна из ВЧ^ деденнах культур по своим свойствам бчла близка к представителям рода Plavobac terium,

Диазотрофные микроорганизма зоны корней костра представлены родоми Asotobacter, .VsosplTlllua, Bacillus, lAicrococcus (Табл.5)* Честь культур была условно идентифицирована как 'Beijerinckia ар.

Наибольшей активностью аэотйиксации в чистой культуре отличались бактерии рода Azoaplrilluia - они фиксировали 7-10 «кг азота на ма среди за сутки СТабд.4 и 5), Васокая активность азотфиксации у аээспирилл была подтверждена также методом изотопной метки.

б связи с высокой активность» азотфиксоции выделенных спирилл, превышающей активность остальных микроорганизмов в 10-100 раз, изучение представителей этой новой таксономической группы в навей роботе било уделено бэдьосе внимание, чем другим шаэотроТ'еы.

Патриквин и, ДОберейкер ( ratri^uia, Doberotner, 1973 > приали к выводу о внутрикорневой природе ризоценозов с Azo-aplrilluai ар* Однако, исследования, проводимте этими авторами, были связан) с тропическими растениями. В связи с этим возникает необходимость изучения топографии этих микроорганизмов в корневой зоне райграсе и костра.

Для решения данного вопроса мч поставили вегетационный опыт по изучение приживаемости аэоспирилл определенной видовой принадлежности в различных сферах корневой зоны райграса и костра. Были получену два актибиотякоустэйчивчх стаммэ азо-

Таблица 4.

Азотфккснрувдое микроорганизмы корневой зона райграса

! Азот+иксируощзя микроорганизмы ! активность,

Î мкгМ/мл с реди/24ч

риэопленв

Azoeplrllluia bras 11 ease, шт.403 6,35

Azoapirilium brasileña®, ВТ.405 7.02

Asospirillum brasileña«, вт»404 5,97

AsospirlllUB lipoferum, кт.С-1/25 7,01

Azosplrlllun llpoferua, яг.410 7,06 :

Aroaptrlllum lipoferua, шт. 401^ 9,11

A&osplrillum lipoferum, ИТ.40X7 5,гз

Azoaplxlllum lipoferum, вт.НОГ 9 7,02

Arttoobacter вр., вт»236 0,15

Arthrobaeter sp. , BT.27aI 0,П

Pseudomonas sp., вт.2р . 0Д8

Peeudomonae ep., OT.Sp 0,19

Bacillus ар., ит.ЗО» 0,11

Bacillus sp., BT.20IÍ 0,11

Flavobacterltun sp., OT«IIp 0,75

гистосфвра

Agrobac ter Itta radlobacter, bt.cih 0,57

Agxobacteriun radlobacter, ВТ.35« 0,54

AerobacterlUJ» radlobacter, шт.378 0,27

Agxobacterlorn radlobacter, вт.СТ I 0,31

Агоspirillum lipoferum, ВТ.4018 5,60

Агоspirillum lipoferum, ят.4015 9,18

Aroepirlllua lipoferum, aT.4011 3,96 •

риэосферная почве

AroEpirlllua braellense, BT.P-I 9,86

Atosplrillum braeileue«, «тЛ-12 ■ 6,61

AsosplrilluA lipoferum^ вт.П-2 8,06

Bacillus ер.,ит.21б 0,13

Ulerococcus sp«, bt.Ia 0,13

*жтемн, условно идентифицированной как 71avobacterlua ар. :

слкрыл Птгем постепенной адаптации бактерий к повишекной дозе антибиотика - атаки А.ИроГегиа С-1/25, устойчивый к 1000 нкг стоегтоиицина/мл среди м жтанм А.ЪгазПепэо Р-1, устойчив к 2000 единиц пеницнжяина/мд среды. Пояучекными резистентными к антибиотикам втвммами бшги инэкулированы семена райграса и костра.

Таблица 5.

Азотфиксяруяаие микроорганизмы корневой зоны костра

! Азотфиксиотпаая Микроорганизмы ! активность,

! мкги /мл среды/ЗДч

ризоплена

Ахо«оЪае«ег *1пе1жпаи, ВТ Л 007 1.34

Дго^ЪасЪег *1ве1ап<111, ВТ.1005 1,05

Ве1^ег1дек1а ер.*, «Т.1003 0,75

Вас Шив ар., вт.101 0,22

Дхоар1т111ю Пробеги», ВТ.К1 8,50

Аювр1г1ИшпЪгав11е1ше,ят.1020 11,20

Гнстос^ера

Дхо^Ъасгег И т. 1006 1,39

Вас 111 из* «р., ИТ.10Э 0,11

ВасШиэ ар.,«.!©* 0,13

ризосферная почва

Дго8р1х111ия ЬгэеИспБб, пт.1014 11.20

ДгоЕр1х111иа Ъгаз11еп8егатЛ011 2,76

Дгобр1г111ки ИроГегик, вт.КЭ 6,96

Беиег1пск1а врТ, ВТ.1015 0,46

В«13ег1пс1с1а арС, ст. 1012 0.67

В«14ег1пс£1а ср^, от.1004 0,55

ВасШиа ср., вт.346 0,10

Щсгососсиа ер., ПТ.12К 0,11

ВТ8ММЧ, условно кдептмгицяровакнче как' В«и«г1пск1с ер.

Гйзультат* опыта показывает, что » корневых сферах рвЯг-раса азоспириллч приживается значительно лучше, чей а корневой зоне костра. При этом наблюдается видовая избирательность бактерия к определенным с+ерем. Так, д.ИроГегшв встречается как в ризосфер)ой почве и на копиях райграса, так и в поверхностно стерилизованных корнях (а гистос^ере растения'* -численность хлетоя '-ось достигает 700 тыс, на I г корней. А.ЬгаоИепве активно колонизирует ризосферу и ризэплану райграсе, но не развивается, в гистос?ере этого растения. Локализация значительно«! части клеток д.ИцоГмкп в гистос^е-несомненно лает им преимущество в отношении питания.

Азоспириллч слабо приживались в ризос+ерноЯ почве и иа корнях костре; полностью отсутствовали в гистос*ере растений.

Злиянне минерального ^зота на азог^ихсирупдгие микроорганизмы когневой зоны райггаса и костра

Изучение численности микроорганизмов в хорневоЯ зоне райграса и костра в зависимости от уровня удобренности минеральная азотом пзказшает, что характер их распределения у растения несдикаков. Так, при внесении невысоких доз минерального азота (40 и СО кг/га) на корнях райграса на один-два порядка увеличивается количество азог?икснрувких спирилл. На корнях костра спириллы развивавтся в значительно меныаих количествах. Лиэь один раз было отмечено слабое сти-мулируейее действие невысоких доз минеральных удобреииЯ(Рис4>»

Изучение численности диазотро$ов на среде Звби демонстрирует ину* зависимость. На корнях райггэсв эти микроорганизмы снижется в количественном отношении на три-четыре порядка при внесении аммиачной селитрч, а на корнях костре

I Юйо/ \ > l

Jt»

1.1 f*

s«>

S,1

'I.

i *

I Aí

I»,

о <» so лх> зге JewavntfgJ . о

во *бо зво Jow aserafífcj 6

Рис. 3. Влияние минерального азота на численность спирилл на корнях райграса (а) к костре (б): i - 27 дней после внесения удобрений;

—---- 55 даей после внесения удобрений;

>—»— - 70 дней поолввиасеяня удобрений. .

г

. i Л

ibto

? JÍ

i 1

s го

Ш а>

40 80 /бо spoJÓWasora/Щ}

О чо во iM 33OÍ0W в

Рис. Влияние минерального азота на численность вэотфикса-горов, рвэвиваиснхся «а среде Забнг a- корни райграса; б -

кори* костра. ■ ■■ ■ ----27 дней посла внесения удобрений;

— 55 даей после внесения удобрений;

—»—- 70 дней после внесения удобрений.

- го -

их численность при этом значительно увеличивается (Рис.4). Аналогичная закономерность прослеживается и при изучении азотфшссаторов на среде Федорова-Калининской. Численность бактерий рода Clostridium не зависела от уровня минерального азота и находилась в пределах нескольких тысяч клеток на I г корней.

В почве ризос^зры изучаемых трав в определенной степени прослеживается закономерности качественного распределения лиазотро+юв, втвленные для кэрнеД. Однако, они носят более сглаженный характер.

Сделанные наблюдения свидетельствует о том, что при . внесении минерального азоте в многокомпонентной системе "азотфиксатора-корни растений" доминирувцее положение занимает определенная группа микроорганизмов (при одновременной уменьшении численности других езотфиксируюлих микроорганизмов). 8 корневой зоне райграсе в этих условиях доминирует организмы, утилизирупкие органические кислоты (спириллы), а в зоне корней костра - организмы, потреблявшие сахара.

Справедливость сделанных вчзодов подтверждает корреляционный анализ данных по активности потенциальной азотфих-саци» и численности диазотрофов.

По всей видимости, перестройка сзобиества азот*иксигув-сих кикроорганизмов под влиянием минерального азота осуществляется через метаболизм вчешего растения. Подтверяденне>г згому является то, что в пэчзе без растений подобных изменений м^ не нэблпдали.

Отзывчивость гаЯграса и костре на пэс^пэссвнув заработку секзн диазэтро^вии

Изучение влияния инокуляции выделенными диаэотрэ^еми .

на урожайность костре проводилось в вегетационных опытах,в райграса - в вегетационных и полевом епытах.

Подученные результаты свидетельствуют о прибавке зеленой массы костра от инокуляции некоторыми штаммами Asospi-rlllua sp., в также организмами,* условно идентифицирован-нчия как BeljeriücJtla ар. Инокуляция семян райграса обеспечила прибавку от бактеризации A.ilpoferua, A^robacte-riuarbdlobacter, JLrthrobacter ер. и бактерии, условно идентифицированной как ïiaYobactertua.

Изучение эфЧктквностн бактеризации A.iipof егшя (втамм C-I) райграса в условиях полевого опыта показывает, что этот прием увеличивает sec зеленой массы по фону Ы^.В атом случае урожай быд получен практически такой же, как к а ввриан-тв в внесением СО *г/га езота (Твбл.б).

. Таблица б.

Влияние инокуляции ¿xoaplrllXux 11роГ«ш» st. C-I/25 и минерального азота на урожай . . райграса пастбхиногс

Варианты, шчта ' l'stsír i i Прибавка от ИНОКУЛЯЦИИ

1 \ ц/га ! Ï

Иб.З -

Фон ♦ инокуляция 117,3 - ■

Фон + ®ад 175,е -

Фон ♦ Яад « инокуляция 229,5 53,7 30

234.5 ■■ ■ _

BCPQÇ- 31,5

На безвестном Фоне иебмо существенной прибавки урожая. Вместе с тем, содержание обжего ааотэ в варианте с

инокуляцией составило 2.652 против 2,07$ в контрольной гаркан- -те*

Для уточнения сделанных наблюдений был поставлен модельный опыт по бактеризации райграса азоспиридхамн по гону двух доз (HH^J^SO^, обогащенный 15м. ГЬзультаты опыта показывает, что инокуляция способствует увеличение активности азогфиксации и повышает коэффициент использования азота удобрения на 20-Хй в зависимости от доза сульфате аммония.

В. Ы 9 О Д Ы

1. На основании разработанной модификации ацетиленового метода изучения аэотФихсации определена активность Фиксации молекулярного азота в корневой зоне представителей семейства злаковых. Установлено, что нитрогснвзкая активность в значительной степени локализована на корнях растений. Продуктивность связывания агмосФерюго азота под райграсом пастбищным составляет охоло 16 кг, а под костром - около 19 кг азота на гектар за вегетационный период.

2. Аэотфихсирующие микроорганизмы корневоЯ зоны райграса представлены родами Acrobacteriua, Azosplrillua, Axtbrobac-ter, Bacillus, Cloetrldlua, Peeudononas, Iflcrococcus,

а корневой зоны костра p.p. Axotobacter, Aaoapirlllun, Bacillus, Clostridium, Micrococcus.

3. Минеральны* азот в дозе ^0-80 кг/га стимулирует активность азотФиксации в корневой зоне райгрвса и костра при выра-цивании трав на дерново-подзолистой почве. Повышенные дозы минерального азота тормозят процесс азот-Фиксации. Стимуларуввкй эффект невысоких доз вэота на азэт^иксаинл слабо проявляется

- гэ -

ид к отсутствует ¿ри вирвпюанни растений иа лугово-черкозен-ноЯ почве. 1

4. При выращивании трав по Фоку невысоких доз минерального азота в корневой зоне райграса аедущув роль в фиксации азота занимает иикроорганизмы, развиваюкиеся не органических кислотах« в частности, спириллы, а в хорневоЯ зоне костра -микроорганизмы, утилизирувкие сахара.

5. Инокуляция семян райграса азоепириллами приводит к увеличение урожайности культуры, как за счет повышения азот-^иксирувцей активности в зоне корией, так и за счет увеличения потребления растением азота минеральных удобрений.

6. Гектерми рода itoapiriliuni активно колонизирует яэрни райграса. Более слабея приживаемость этих микроорганизмов на корнях костра.

7. Семена райграса и костра могут служить источником развития азотфиксируеших микроорганизмов в корневой зоне этих культур.

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

1. Мальцева H.H., Волкогон В.В. Азотфикеирувцвя бактепия Aiosplrtlltua lipoferum (Beijerindc) а почве, ризосфере и рк-воплвне сельскохозяйственных растений // Микробиол.журм.-1964,- 46, * I.- С. 6-9.

2. Волкогон В.В. Способ определения активности азотфикса-цих в почве // Михробисл. »ypt.- 1964.- 46, * 2.- С.69-Я.

3. Мальцева H.H., Волкогон В.В. Активность азотфиксацим в корневой зоне небобооих рсстевкЯ // М«ро0*сх.журн.-1965.,-47, # С. 16-23. . .

4. Мальцеве H.H., Воякогон В.Б. Еиэяогическа* Фиксация ноле^лярного азота в ризосфере и риээплене нсбобовых растения// б съезд Ухр, микрэбиэя. об-ва Цонеик, 196*0: Те», аок».- С.30.

5. Мальцева H.H.. Воякогон В.В. Лзот^иксация, ассоциированная с корнями небобовчх культур// УП съезд Всес.микрэ-Сиол. об-ва (Алма-Лтэ, 1965): Тез. докл.- СДц

6.Мальцева К.Н., Вэлкэгон В.В. Активность процесса аэот^иксации и а з от*ик с иру шие микроорганизма в ризосфере и на корнях небэбов1Х культур// Ею*л. ЗНИИСХМ,- I9P5.- i 42,-С. 44-46.

7. Воякогои В.В. Отзывчивость райграса пастбищного на предлосевнуо инэкуляцио семян азоспнриллами// Материалы fe-саубл. конференции (Вильнюс, IS66).- Вильнсе, IS06.-

С.70-71.

8* Векогон В.В. Азот^ихсаиия в корневой зоне траэ // Материалы 2-Я Рсслубл, хонф. молодых ученых и специалистов (Харьков, 1986).- Харьков, 1566.« С. III.

9. Волкогон В,В., ОсецкиЯ С,И* Влияние минерального азота на активность процесса азог^иксации в ризэплоне кормовых злаков// Е»ял. ВНИИСХМ,- 1966.- * 43— С. 37-41.

311-00720 Подписано к печати 21.00.87 тлрах Заказ 1037. ОбъИи I пен.л.

Ч.; равгоЕО ьилаа/лхо рл