Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Динамика численности микробных популяций в системе почва-растение в условиях модельных опытов

ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Содержание диссертации, кандидата биологических наук, Кириллова, Н.П.

ВВЕДЕНИЕ.

ЧАСТЬ I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

ГЛАВА I. МЕТОДЫ ИСС.ЛЕДОВАНШ РИЗОСФЕРЫ.

ГЛАВА II. КОРНЕВЫЕ ВЫДЕЛЕНИЯ.

ГЛАВА III. КАЧЕСТВЕННЫЕ И КОЛИЧЕСТВЕННЫЕ ИЗМЕНЕНИЯ

МИКРОБНОГО НАСЕЛЕНИЯ В РИЗОСФЕРЕ.

ГЛАВА 1У. МОДЕЛЬ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ

С РАСТЕНИЕМ.

ЧАСТЬ II. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.

ГЛАВА У. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ.

§1. Методика подготовки образцов почвы и корней к микробиологическому анализу.

§2. Методика исследования комплекса почвенных микроорганизмов.

§3. Методы изучения динамики численности популяций, внесенных в дерново-подзолистую почву.

§4. Методика определения доступной для микроорганизмов поверхности почвы

ГЛАВА У1. ДИНАМИКА КОМПЛЕКСА ПОЧВЕННЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ В СИСТЕМЕ Г0Р0Х(ЯЧМЕНЬ)-ДЕРНОВ0-П 0Д30

ЛИСТАЯ ПОЧВА.

ГЛАВА УН. ДИНАМИКА Rhizobium leguminosarum И

Arthrobacter crystallopoietes В СИСТЕМЕ

ЯЧМЕНЬ-ДЕРНОВО-ПОДЗОЛИСТАЯ ПОЧВА

ГЛАВА УШ. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ДОСТУПНОЙ ДЛЯ МИКРООРГАНИЗМОВ ПОВЕРХНОСТИ ПОЧВЫ.

ГЛАВА IX. ХАРАКТЕРИСТИКА РИЗОПЛАШ И РИЗОСФЕРЫ ПРОРОСТКОВ ГОРОХА КАК ГЕТЕРОГЕННЫХ СРЕД ОБИТАНИЯ

МИКРООРГАНИЗМОВ.

§1. Динамика популяции Rh. leguminosarum на корнях проростков гороха

§2. Динамика численности комплекса почвенных бактерий на корнях проростков гороха

ОБСУЖДЕНИЕ.ПО

ВЫВОДЫ.

Введение Диссертация по биологии, на тему "Динамика численности микробных популяций в системе почва-растение в условиях модельных опытов"

Актуальность проблемы. Изучение взаимоотношений микроорганизмов с корневой системой растения представляет традициннный интерес для почвенных микробиологов как с практической, так и с теоретической точки зрения. Успешное использование отдельных видов бактерий и грибов в сельскохозяйственной практике неразрывно связано с изучением основных принципов функционирования микробной системы прикорневой зоны растений, ее специфичности (зависимости от вида растения) и ее отличий от почвы без растений. При этом за последнее десятилетие появилась возможность опираться в исследованиях на теоретические модели, предсказывающие ключевые этапы формирования ризосферы и ризопланы С66, 68, 1403. Разработаны также простые количественные критерии, характеризующие особенности различных стадий микробной сукцессии в почве без растения [29, 343. Представлялось весьма актуальным оценить возможность применения этих критериев при изучении ризосферы и ризопланы и проверить правомерность основных выводов построенных теоретических моделей. Кроме того, несмотря на значительное количество исследований, посвященных развитию микроорганизмов на корнях растения, ощущается недостаточность данных, относящихся непосредственно к нестерильной почве.

Цель работы. Цель работы состояла в изучении особенностей ризосферной микробной системы по сравнению с почвенной с применением количественного популяционного подхода.

Основные задачи исследования.

Д. Изучение микроорганизмов ризопланы и ризосферы двух видов растений с помощью количественных критериев стадий микробной сукцессии.

2. Изучение особенностей развития в ризосфере микроорганизмов с различными типами экологических стратегий.

3. Анализ взаимоотношений почвенных бактерий с внесенными популяциями.

4. Разработка экспериментальных подходов для изучения пространственной организации ризопланы и ризосферы.

Научная новизна. Впервые при изучении ризосферы и ризопланы использованы интегральные количественные показатели (К, Кг), характеризующие стадии микробной сукцессии. Применение этих критериев позволило выявить различие между местообитаниями микроорганизмов на корнях ячменя и гороха. Исследование микроорганизмов с разными типами экологических стратегий в качестве индикаторных популяций позволило выяснить условия размножения и поддержания микроорганизмов в ризосфере и ризоплане. Впервые определены условия применения показателя удельной поверхности почвы для расчетов индексов обилия микроорганизмов в ризоплане и ризосфере. Показана целесообразность изучения скорости роста корня для оценки гетерогенности ризопланы и ризосферы как местообитания микроорганизмов.

Практическая ценность. Полученные результаты могут применяться при решении вопросов о способах введения микроорганизмов, представляющих сельскохозяйственную ценность, в ризоплану и ризосферу растений. Выявленные закономерности в поведении клубеньковых бактерий на корнях растения хозяина могут помочь в расшифровке механизма формирования симбиоза, обуславливающего накопление азота в растениях. Полученные результаты используются в курсе "Экология почвенных микроорганизмов на кафедре биологии почв факультета Почвоведения МГУ.

Автор выражает свою искреннюю и глубокую благодарность кандидатам биологических наук П.А.Кожевину, Г.А.Кочкиной и Л.М.Полянской за постоянную и всестороннюю помощь в выполнении работы.

ЧАСТЬ I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

- 7

Заключение Диссертация по теме "Микробиология", Кириллова, Н.П.

выводы

1. Для выявления особенностей микробной сиситемы вблизи растения использованы приемы популяционного подхода: внесение в указанное местообитание разных микробных популяций и исследование их реакции по изменению популяционной плотности; оценка состояния комплекса микроорганизмов ризопланы и ризосферы по характеристикам, используемым при описании микробных систем.

2. Показано, что по отношению числа бактерий, учитываемых методом люминесцентной микроскопии к таковому по данным посева (показатель К) и по средней радиальной скорости роста колоний грибов (показатель Кг Ср ) микробная система вблизи растения по сравнению с таковой в почве проявляет черты молодой экосистемы: а) в структурном отношении ведущее место здесь занимают бактериальные популяции с быстрым размножением, а грибы с высокими значениями Кг мозтут играть в ряде случаев подчиненную роль; б) в ризосфере и ризоплане более вероятно преобладание микроорганизмов с г -стратегией, чем с К-стратегией.

3. Установлено различие между комплексами бактерий в ризоплане разных растений. Комплекс почвенных бактерий в ризоплане гороха напоминает таковой для почвы сразу после внесения глюкозы и в структурном отношении упрощен по сравнению с более широким набором быстрорастущих форм бактерий в ризоплане ячменя.

4. На примере растений гороха определено прохождение сук-цессионных событий в микробной системе. На стадии прорастания семян происходит угнетение развития почвенных бактерий и грибов в ризоплане, которое сменяется периодом размножения бактерий и перестройками в структуре комплекса микромицетов.

5. Установлена потенциальная возможность поддержания численности в ризосферной экосистеме микроорганизмов с К-стратегией.

6. Показано, что исследованный комплекс почвенных бактерий в ризоплане и ризосфере ячменя практически не испытывал конкуренции со стороны внесенных в экосистему популяций.

7. Определены условия использования показателя удельной поверхности почвы для разных популяций при изучении индексов обилия микроорганизмов в ризосфере и ризоплане. Показано, что реально доступная для популяций бактерий поверхность может составлять около I к?/г почвы. С помощью этого показателя выявлено наличие:?" убывающего градиента численности Arthrobacter crystallopoietes от ризопланы к ризосфере.

8. Экспериментально показана целесообразность изучения скорости роста корня при исследовании развития микроорганизмов в -■■■ системе почва-растение. Выявлена гетерогенность корня как местообитания бактериальных популяций.

Библиография Диссертация по биологии, кандидата биологических наук, Кириллова, Н.П., Москва

1.Алексахина Т.И. Почвенные водоросли в ризосфере преобладающих растений лесных биогеоценозов. - Экология, 1972, №1, с.45-52.

2. Ашмарин И.П., Васильев Н.Н., Амбросов В.А. Быстрые методы статистической обработки и планирования экспериментов. Л.: Изд-во ЛГУ, 1975.

3. Вадюнина А.Ф., Корчагина З.А. Методы исследования физических свойств почв и грунтов. М.:"Высшая школа", 1973.

4. Возняковская Ю.М. Микрофлора растений и урожай. Л.:"Колос", 1969.

5. Возняковская Ю.М., Жильцова Г.К. Видовой состав корневой микрофлоры некоторых растений. Микробиология, т.27, с.611-618, 1958.

6. Воронин А.Д., Витязев В.Г. К оценке величины внешней и внутренней удельных поверхностей твердой фазы почв. Почвоведение, 1971, МО, с.50

7. Гузева И.О., Звягинцев Д.Г» К методике количественного учета микроорганизмов ризопланы растений. Вест. Моск. ун-та, сер. почвовед., 1977, Ш, с.85-89.

8. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М.:"Колос", 1979.

9. И.Звягинцев Д.Г. Изучение микрофлоры ризосферы с помощью флуоресцентной микроскопии в отраженном свете. Микробиология, 1962, т.31, с.111-115.

10. Звягинцев Д.Г. Подготовка почв с помощью ультразвука к количественному учету микроорганизмов. Вест. МГУ, сер. би-ол., почв., 1968, №3, с.127-129.

11. Звягинцев Д.Г. Взаимодействие микроорганизмов с твердыми поверхностями. М.: Изд-во МГУ, 1973.

12. Звягинцев Д.Г. Некоторые концепции строения и функционирования комплекса почвенных микроорганизмов. Вест. Моск. ун-та, сер. 17, 1978, М, с.48-56.

13. Звягинцев Д.Г. Основные принципы функционирования комплекса почвенных микробов. В кн.: "Пробл". почвоведения." М.: 1978, с.97-102.

14. Звягинцев Д.Г.» Галкина Г.М. Обработка ультразвуком, как способ подготовки почв к микробиологическому анализу. -Микробиология, 1967, т.36, с.1087-1095.

15. Звягинцев Д.Г., Кожевин П.А. Изучение динамики популяции

16. Rhizobium leguminosarum с ПОМОЩЬЮ ИММуНОфЛГООресцеНЦИИ. Микробиология, 1974, т.43, с.888-891.

17. Карпачевский Л.О. Пестрота почвенного покрова в лесном биогеоценозе. М.: Изд-во МГУ, 1977.

18. Качинский Н.А. Физика почвы, чЛ.М.:Высшая школа, 1965.

19. Класен В.П. Получение стрептомициноустойчивых форм Rhizobium leguminosarum Труды Латв. сель.- хоз. акад.,1974,вып.85, с.9-12.

20. Класен В.П. Особенности приживаемости штаммов RhizoMum leguminosarum на корнях гороха и полевых бобов. В сб.:"Продуценты аминокислот и ферментов," Рига, 1978, с.137-140.

21. Класен В.П., Янсонс В.К. Приживаемость клубеньковых бактерий на корнях растения-хозяина.- В сб.:"Продуценты аминокислот и ферментов."Рига, 1978, с.141-143.

22. Клевенская И.Л. (ред.). Образование физиологически активных веществ микроорганизмами. Новосибирск:"Наука",1975.

23. Кожевин П.А. Люминесцентномикроскопическое изучение комплекса микроорганизмов и отдельных микробных популяций в почве.- Автореф. дисс. на соиск. уч. степ. канд. биол. наук. М., МГУ, 1976.

24. Кожевин П.А. Динамика и механизмы регуляции численности микроорганизмов в естественной среде обитания. Докл. МбИП: Зоология и ботаника, 1979. Новые данные об экологии и охране флоры и фауны СССР. М.,1981, с.98-102.

25. Кожевин П.А., Звягинцев Д.Г. Применение непрямого метода им-муно люминесценции для изучения экологии почвенных микроорганизмов. Вест. МГУ, сер. биол., почв., 1973, №5, с.90-93.

26. Кожевин П.А., Звягинцев Д.Г. Проблема оценки численности почвенных микроорганизмов. Докл. АН СССР, 1980, т. 250, с.461-463.

27. Кожевин П.А., Кочкина Г.А., Ягодина Т.Г., Звягинцев Д.Г.

28. О критериях микробной сукцессии в почве. Микробиология, 1980, т.49, с.335-341.

29. Колосов И.й. Способ определения поглощающей поверхности корней. Советская агрономия, 1939, №12, с.46-53.- 121

30. Колосов И.И. Поглотительная деятельность корневых систем растений. М.: Изд-во АН СССР, 1962.

31. Костычев С.П. Физиология растений. 4.2. Л.:"Госиздат", 1933.

32. Кочкина Г.А. Сукцессии почвенных микроорганизмов и место в них конкретных микробных популяций. Дисс. на соиск. уч. степ. канд. биол. наук. М.,МГУ,1981.

33. Зб.Красильников Н.А., Крисс А.Е., Литвинов М.А. Микробиологическая характеристика ризосферы культурных растений. Микробиология, 1936, т.5, с.87-98.

34. Красальников Н.А., Крисс А.Е., Литвинов М.А. Влияние корневой системы на микроорганизмы почвы. Микробиология, 1936, т.5, с.270-286.

35. Красильников Н.А. Микробы, стимулирущие рост растений. -Вест, с—х. науки, 1958, №7, с.52-62.

36. Красильников Н.А. Микроорганизмы почвы и высшие растения. М.: Изд-во АН СССР, 1958.

37. Манорик А.В., Белима Н.И. Методы изучения корневогр эксудата и вычисление его количества. Физиол. раст., 1969, т.16, с. 297-302.

38. Мишустин Е.Н., Никитин Д.И., Востров И.С. Модернизация методов учета почвенного микронаселения и его активности. В сб.: "Микроорганизмы в сельском хозяйстве". М.:МГУ, 1970,с.30-38.

39. Мишустин Е.Н., Шильникова В.К. Биологическая фиксация молекулярного аз ота. М.:"Наука", 1968.

40. Навашин С.М., Фомина И.П. Рациональная антибиотикотерапия. М.:"Медицина", 1982.

41. Наумова А.Н., Мишустин Е.Н., Марьенко В.М. Природа действия бактериальных удобрений (азотобактерина, фосфобактерина) на сельскохозяйственные растения. Изв. АН СССР, сер. биол., 1962, JI5, с.709-717.

42. Николюк В.Ф. Роль простейших в почвенных процессах. В сб.: "Микроорганизмы в сельском хозяйстве". М.:МГУ, 1970, с. 54-6S.45.0дум Г. Основы экологии. М.:"Мир"., 1975.

43. Паников Н.С., Абу-Эль-Нага С.А., Звягинцев Д.Г. Кинетика разложения глюкозы в почве. Почвоведение, 1982, Ш,с.70-77.

44. Райе Э. Аллелопатия. М.:"Мир", 1978.

45. Самцевич С.А. Активные выделения .корней растений и их значе- : ние. Физиол. раст., 1965, т.12, с.837-846.

46. Самцевич С.А., Миронова С.Н. Жизнеспособность корневых чех-ликов растений и отчлененных ими клеток. Изв. АН СССР, сер. биол., 1969, №, с.869-874.

47. Самцевич С.А., Романов С.Л. О химическом составе гелеобраз-ных веществ, продуцируемых кончиками корней кукурузы. -Вес. Акад. Нав. БССР, Сер. Б1ялаг. Нав. ,1975,166, с.105-106.

48. Стейниер Р., Эдельберг Э., Ингрэм Дж. Мир микробов. М.:"Мир".52.-Тэппер Е.З., Шильникова В.К., Переверзева Г.И. Практикум по микробиологии. М.:"Колос", 1979.

49. Холодный Н.Г. Методы непосредственного наблюдения почвенной микрофлоры. Микробиология, 1934, т.4, с.153-164.

50. Шильникова В.К. Приживаемость клубеньковых бактерий в ризосфере клевера в начальные этапы инфицирования. Изв. ТСХА, 1975, №, с. 19-29.

51. Шлегель Г. Общая микробиология. 1,1.: "Мир", 1972.бб.Штина З.А., Голлербах М.М. Важнейшие проблемы почвенной альгологии на современном этапе. В сб.:"Микроорганизмы в сельском хозяйстве". М.: МГУ, 1970, с.38-51.

52. Штина З.А., Голлербах М.М. Экология почвенных водорослей. М.:"Наука", 1976.

53. Bowen G.D., Rovira A.D. Are modeling approaches useful inrhizosphere biology? Bull. Ecol. Res. Commun. Stockholm, 1973, v.17, p.443-450.

54. Bowen G.D., Rovira A.D. Microbial colonization of plant roots. Ann. Rev. Phytopatol., 1976, v.14, p.121-144.

55. Bowen G.D., Theodorow G. Interactions between bacteria and ectomycorrhizal fungi. Soil Biol. Biochem., 1979, ▼.11, p.119-126.

56. Brouwer R., de Wit C.T, A simulation model of plant growth with special attention to root growth and its consequences. In: "Root growth". Ed. by W.J.Whittington. b.; Buttervorth's, 1969, p.224-242.

57. Brown M.E. Nitrogen fixation by free-living bacteria associated with plants fact or fictions? - In: "Bacteria and plants". Eds. Rhodes-Roberts M.E., Skinner P.A. L.: Academic Press, 1982, p.25-41.

58. Brown M.E., Burlingham S.K., Jackson K.M. Studies on Azoto-bacter species in soil. I. Comparison on media and techniques for counting Azotobacter in soil. Plant a. Soil, 1962, v.17, p.309-319.

59. Brown M.E., Burlingham S.K., Jackson R.M. Studies on Azotobacter in soil. II. Populations of Azotobacter in the rhizosphere and effect of artificial inoculation. -Plant a. Soil,1962, v.17, p.320-332.

60. Bushby H.Y.A. Quantitive estimation of rhizobia in non-sterile soil using antibiotics and fungicides. Soil biol. Biochem., 1981. v.13, p.237-240.

61. Bushby H.V.A. Changes in numbers of antibiotic-resistant rhizobia in the soil and rhizosphere of field grown Vigna mango. Soil Biol. Biochem., v.13,p.241-245.76,77.78,79■8083