Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Структура микробного комплекса прикорневой зоны растений

ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "Структура микробного комплекса прикорневой зоны растений"

Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова

^■' Факультет почвоведения

, г* * О I <_„" ^' ¡'

На правах рукописи

ОРАЗОВА МАРАЛ ХОДЖАНАЗАРОВНА

СТРУКТУРА МИКРОБНОГО комплекс/!

вржорневои зону ттш

Специальность 03.00,07 — Микробиология

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Москва — 1994

Работа выполнена на кафедре биологии почв факультета почвоведения Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова.

Научный руководитель — доктор биологических наук, профессор Звягинцев Д. Г.

Официальные оппоненты —• доктор биологических наук, профессор Емцев В. Т.; кандидат биологических наук, с. н. с. Терехова В. А.

Ведущая организация — Институт почвоведения и фотосинтеза РАН.

Защита диссертации состоится ±¿¿¿¿/2

1994 года в 15 час. 30 мин. на заседании специализированного совета по микробиологии и агрохимии К 053.05.86 на факультете почвоведения МГУ по адресу: 119899, Москва, Воробьевы горы, МГУ, факультет почвоведения, аудитория М-2.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке факультета почвоведения МГУ.

Автореферат разослан 1994 г.

Ученый секретарь специализированного совета

И. П. БАБЬЕ В А

Алтуаяьвостъ.Изучение взаимоотношений микроорганизмов с корневой системой представляет традиционный интерес для почвенных микробиологов как с практической,так и с теоретической точки врения.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 растений) и ее отличий от почвы без растений. В литературе установилось мнение о ризосфере и риаоплане растений как особо благоприятных местообитаниях для микроорганизмов.Однако до сих пор не решен вопрос о специфичности микробного комплекса прикорневой зоны.

Если доминирование грибной биомассы в почве считается хорошо проверенным фактом,то вопрос о роли грибов в ризосфере, исключая микоризу и фитопатогенов,остается дискуссионным.Меаду тем, соотношение биомасс грибов и бактерий в прикорневой зоне представляет еще больший интерес, чем аналогичный показатель в почве.

Одним из наиболее актуальных вопросов почвенной и сельскохозяйственной микробиологии является вопрос о факторах,влияющих на характер и скорость колонизации поверхности корня различными группами микроорганизмов.

Недостаточно изучена проблема гетерогенности корня как местообитания микроорганизмов,мезду тем интенсивность роста н характер корневых выделений разных участков корня могут существенно разлетаться,влияя на судьбу микробных популяций,приуроченных к тем или иянм ло1суса.* каряя.

Специфп:сч условий зтапнедеятельности микроорганизмов в ргшосф-зрг, изгмпнемы колонизации ризопланы,благоприятные и нсОлагоприятика пос.тс-дствия этих процессов для растения - все это вопроси, пргткэ сзяваашгэ а состоянием растений и пх урожайность:-).

СГУГ;» 1ШЗТ0ЯГ?9Й Р-ОбОТЫ бЫЛО ИЭуЧвЯКЭ ДШ&ЗгС! ЧКСгеПИСХНЯ II структуру основных компонентов комплексов микроорганизмов в ризос&ос п рнгоплаке растений по сравнению с контрольной дерково-подзояютс:" почвой.

В задача пссгздш^гкя пгодияо:

1.Изучение динамики численности и структуры основных компонентов комплекса микроорганизмов в риаоплане и ризосфере растений (гороха к ячменя).

2.Изучение процессов первичной колонизации корня гоооха.

3. Изучение влияния на колонизацию микроорганизмами риаоплаиы к ризосферы ячменя агрономических мероприятий.

- г -

Научная новизна.Проведенные исследования показали,что микробоце-нозы рдаопланы и ризосферы по ряду параметров отличаются от микробоце-ноэа почв.Исследование микрофлоры ризосферы и ризопланы различных участков корня показало,что гетерогенность корня в значительно меньшей степени сказывается в ризосфере,микрофлора которой в основном отслеживает сукцессионные события в окружающей почве,и в значительно большей степени в ризоплане,то есть поверхность отдельных участков корня обладает собственной спецификой как местообитание микроорганизмов.Роль грибов в ризосфере почти столь хе велшсз как в почве,биомасса спор v мицелия грибов многократно превышает таковую бактерий и мицелия акти-номицетов.В ризоплане роль грибов .значительно скромнее,биомасса бактерий и актина.-.кцетов примерно равна биомассе микромяцетов. Видовое раз-нообр.^ие микромицетов в ризосфере и ризоплане гороха беднее, чем i v почве. Доминирующий во всех 3-х местообитаниях род Pcnlcllllum представлен в ризосфере и ривоплане гороха меньшим числом видов,чем в почве, то время как род Fusarium представлен в ризоплане большим число! видов,чем в почве,а в ризосфере выме его общая численность.

В прикорневой зоне ячменя общее видовое разнообразие микромицато не ниже .чем в почве,при этом в прикорневой зоне существенно выше чис ленность н видовое разнообразие рода Hunlcola. Хотя исходным местооби танием,поставляющим микроорггяизмы.колонизирующие прикорневую зопу.пв ляется собственно почва,различия в видовом составе микромицетов при корневой зоны гороха .и ячменя больше связаны со спецификой этих рас тешй.

Практическая значимость. Изучение структурных особенностей мин робных комплексов почвы и прикорневой зоны необходимо для решения зг дач по управлению желательными и нежелагельжмя гемпзг:энта,,ш микробне го комплекса.Обнаруженные закономерности пс^г^вачх/по для глубоко! целенаправленного изменения структуры микробного комплекса прикорневс зоны,помимо прочих,необходимы меры по регуляции микробного комплекс почвы в целом.В первую очередь,зто требование актуально по отношению фитопатогенам и токсинообразователям, которые аккумулируются в почв< постепенно ..занимают заметное место в структуре почвенного микробно комплекса и,колонизируя поверхность развивающегося корня,принос большой экономический ущерб,снижая урожай сельскохозяйственных кул тур.Вспышка численности микроорганизмов в ризоплане растений в пр сутствии дополнительного азота дает основание для оптимизации процед управления как полезными,так и вредными популяциями микроорганизмов том числе и фитопатогенными.

Апробация работа: Основные положения диссертации были доложены на] 3-ем Всесоюзном симпозиуме "Биодинамика почв " (Таллин,1988),на международной конференции " Structure and Function of Soil Organisms Comrnu-lities with the Influence of Anthropogenous Factors " ( Ceske Budejo-/ice,1990) ,на 1У Всесоюзной конференции "Микроорганизмы в сельском хозяйстве" (Пущино,1992) и на заседании кафедры биологии почв факультета гочвоведения МГУ (апрель 1993).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 6 работ.

Объем работы. Диссертация состоит из введения, 8 глав,заключения, шводов,списка литературы, включающего отечественных и иностранных забот.Работа изложена на машинописных страницах и включает 6 таб-шц и • рисунков.

Глава 1.Объекты и методы исследования.

В работе использовали дерново-подзолистую с илыгаоку ль туренную гочву,горизонт А пахотный (Почвенный стационар МГУ).Почва слабо диффе-юнцирована,средний суглинок,гумус 1,9Х, емкость поглощения 17,2 (г-экв/100 г почвы,pH водной вытяжки 6,7.Опыты проводили в вегетацион-ък сосудах, емкостью 2 л. На дно каждого сосуда помещали 100 г сте-' |Ильного керамзита для дренажа.

Изучали микробные комплексы прикорневой зоны растений гороха (Pi-ш sativum L.,сорт "Viola") и ячменя (Hordeum vulgare L..сорт "Цик-он").В каждый сосуд высевали по 10-15 семян гороха и ячменя.Влажность очвы поддерживали на уровне ЬОУ, от полной влагоемкости, температура -8-20°С.

При изучении гетерогенности корня гороха в стерильную чашку Петри тбирали 5-Ю проростков на 1,2,4 и 6-ые сутки.Первый листок на расте-иях гороха появлялся на 4-ые сутки,боковые корни - на 7-9-ые сутки, орень делили на следующие участки:кончик (1-2 юл), апикальный, прилеганий к кончику,базальный,прилегающийсК семени и средний, промежуточный вжду бавальным и апикальным.В ходе опыта не анализировали микрофлору энчика иа-за методических трудностей.Опыты проводили в фитотроне при эстоянной влажности 60Z, температуре 18°С днем и 10°С ночью, освещен-эсть 32 ООО люкс.

В опытах по изучению влияния азота на колонизацию микроорганизма-1 корневой поверхности ячменя в почву вносили азот в виде соли NH4NQ3 количестве 0,02 г в пересчете на азот на 1 кг почвы, что соответст-'ет 40 ит/га.

Методика подготовки образцов почвы и корней к микробиологическому анализу.

В опытах проводили отмывание как корней в целом,так и различных участков корней от почвы.Для этого корни с прилипшей к ним почвой помещали в 100 мл стерильной водопроводной воды и встряхивали на качалке при 180 об/мин в течение 3-х минут.Отмытая почва представляла образец ризосферы (Pc).Корни переносили в следующую колбу со стерильной водопроводной водой.Они представляли образец ризопланы(Рп).В качестве контроля исследовали почву без растений,которую увлажняли до 607, от общей влагоемкости и инкубировали в тех. же условиях.В качестве основного приема предварительной обработка; образцов для микробиологического анализа использовали ультразвуковое диспергирование на пивко-частотном диспергаторе типа УЗДН-1 (2ПкГц,0,44 А,2 мин).Количество отмытой с корней почвы определяли гравиметрическим методом после фильтрования суспензии через бумажный фильтр с синей лентой.Измеряли вес воздушно-сухих фильтров с почвой и без нее.Во всех вариантах опытоэ измеряли также массу свежих корней и их длину.

Динамику отдельных групп почвенных грибов изучали методом посевг на среду Чапека с 2Z сахарозы.Для подавления роста бактерий в среду добавляли молочную кислоту (0,004 мл/мл среды).Динамику численности актиномицетов и бактерий изучали методом посева на минеральную сред-, Гаузе-1.Для подавления роста грибов в среду добавляли актилиоп (10С мкг/л сред:>).На этих де питательных средах определяли раяиалыше скорости роста колоний почвенных грибов и актиномицетов(Кириллова, 19S3, Полянская с соавт.,1988).Оценку разнообразия сообцестьз проводили с помощью коэффициента Шеннона.

Общее количество микроорганизмов определяли с помопьтз метода лзо-шшесцентной микроскопии. Препараты для подсчета Cairreoirii и мицелия актиномицетов окрашивали акридином оран.-.« •• -лля учота • пор угнели: грибов - калькойяуором белым (Методы почвенной микробиологии u o;i:».h шш,МГУ, 1991). Рассчитывали численность микроорганизмов и га биомасс (Полянская,1978).

Идентификацию грибов, пделенных в ходе опыта, проводили ка сред Чапека в соответствии с общепринятыми определителями.

Все расчеты выполнены на персональном компьютере IBM с исполъ8о ванием программного обеспечения,адаптированного в соответствии с целя ми и задачами настоящего исследования.

Глава г.Дюаыхка численности и структуры мжробюто комплекса в прикорневой аоие гороха я ячменя

На рис. 1 представлены данные по динамике численности бактерий и длины мицелия актиномицетов, полученные прямым мето^ м. За исключением 2-х суток вегетации, когда численность бактерий и актиномицетов в ризосфере гороха заметно превышала таковую в почве ,в последующие сроки так называемого "риэосферного" эффекта не наблюдалось.Что касается ризопланы то, если данные по абсолютным величинам сопоставлять нельзя, тенденции изменения численности бактерий и актиномицетов совпадают с таковыми для ризосферы.

Данные по динамике численности грибного мицелия и спор (в том числе и дрсшсеподобных клеток, которые нашим методом невозможно отличить от спор)показали,что если как и в предыдущем случае тенденции динамики численности микромицетов в почве и ризосфере гороха идентичны,то и вдесь наблюдается существенное превышение длины мицелия грибов в ризосфере по сравнению с почвой на 2-ые сутки вегетации. Что касается ризо-планы.то колонизация ее грибным мицелием происходит медленно,после 9-х суток наблюдается резкое снижение длины мицелия грибов. Максимальная длина грибного мицелия в почве и ризосфере достигает 2000 м/г почвы, в то же время,как в ризоплане не превышает Б00 м/г корней,т.е. не происходит сильной колонизации ризопланы грибным мицелием, какую можно было бы ожидать.Скорее всего,если в ризоплане происходит массовое прораста- 1 ние грибных спор (о чем свидетельствует снижение численности спор в ходе сукцессии),то мицелий развивается преимущественно в ризосфере.

Прямой метод дает представление о суммарном обилии всех грибов,но не позволяет дифференцировать мицелий микоризных, фитопатогешшх и са-гсротрофяых грибов. Относительно небольшое общее обилие в ризоплане и ризосфере,а также отсутствие более мощного и продолжительного по сравнению с почвой развития мицелия,позволяет сделать предположение об ограниченной роли грибов в экосистема*) ризопланы и ризосферы гороха в занном случае.

Общая численность актиномицетов в почве по посеву существенно юзросла в ходе опыта с 10б до 109 кое/г почвы .Однако кинетическая :труктура комплекса в ходе сукцессии практически не менялась.В комп-1ексе доминировали актиномицеты с радиальной скоростью роста 25-45 «км/час. Аналогичная картина наблюдалась в ризосфере гороха.Однако,если ) почве "пирамида" классов имеет весьма узкую вершину ( один доминиру-

1

2

I«» (я»м

сути*

Рис.1. Динамика численности бактерия(1),спор грибов(2),длины мицелия актиномице— тов(3) и грибоа(4) в почае.ризосфере и ризоплане гороха.

юций класс составляет 402 общей численности).то в ризосфере вершины "пирамиды" шире: каждый из 3-х доминирующих классов составляет 25-ЗОХ.

В риэоплане гороха численность актиномицетов в ходе сукцессии возросла на порядок(до 107 кое/г корня).Кинетическая структура комплекса практичесга не отличалась от таковой в ривосфере (рис.2-1).Во всех вариантах опыта(почва, ризосфера, ризоплана) индекс Шеннона изменялся сла-60(1,8-2,2).

Численность микромицетов в почве по методу посева на протяжении всего опыта флуктуировала слабо. В структуре комплегла микромицетов доминировали медленнорастущие грибы со скоростями роста 0,15 мм/час. В ходе сукцессии на 3-й сутки наблюдается возрастание доли грибов со скоростями роста 0,15-0,30 мм/час,на 4-ые сутки появляются быстрорастущие грибы со скоростями роста 1,05-1,8 мм/час,преимущественно представленные видом Rhizopus oryzae. На 6-ые сутки доминируют грибы со скоростями роста 0,3-0,8 мм/час. С 7-х суток в комплексе вновь доминируют медленнорастущие грибы. К 1б-ым суткам классы быстрорастущих мик-ромицетов занимают заметное место в комплексе и в дальнейшем их доля еще увеличивается.

В ризосфере тагахе доминируют медленнорастущие грибы со скоростями роста 0,15 мм/час.На более поздние сроки,начиная с 7-х суток.структура усложняется,появляются быстрорастущие виды грибов(0.6-1,05 мм/час).Индекс разнообразия Шеннона возрастает от 1,2 на 2-ые сутки до 2,1 на 33-и сутки.Общая численность грибов в ризосфере гороха возрастала в ходе опыта на порядок(с 104 до 105 кое/г Почвы).

Динамика кинетических структур микромицетов ризопланы и ризосферы аналогична(рис.2-2).В структуре комплекса вплоть до 16-х суток доминируют популяции медленнорастущих микромицетов. В то же время быстрорастущие популяции выявляются уже с 4-х суток опыта,аналогичные закономерности отмечены для ризосферы и почвы:в начале опыта преобладают классы медленнорастущих микромицетов, при «том в ходе сукцессии доля быстрорастущих увеличивается.

Изучение видового состава показало, что во всех вариантах комплекс микромицетов представлен, в первую очередь, видами рода Pénicillium. встречаются представители родов Fusarlum, Mucor, Trlchoderma. В почве (табл.1) общее количество встретившихся видов достигало 42.При этом на 0-6-ые сутки в структуре комплекса микромицетов доминируют виды P.nlg-rlcans.P.slmpllclsslmum и F.solaril. В ходе сукцессии возрастает численность быстрорастущих видов Т.konlngl1,Т.hârzi anrn. Такие виды как

Рис.2. Структура комплексов актиномицетов (1) и микромг-цетов (2) па радиальной скорости роста (Кг) в ризоплане гороха. N1 - численность актиномицетов с одинаковыми Кг (мкм/час),

% от общей численности: N2 - численность ыикромицетов с одинаковыми Кг (Кгх1СГ2 мм/час), 7. от.общей численности

F.solani. P.chrysogenim,P.nlgrlcsns, p.slmpllclsslnm, P.verrucosus* var.cycloplum выделялись многократно в ходе опыта. i

В ривосфере количество выдеденита микромицетов ниже - 327 вида, что происходит вследствие • определенного отбора ыикромидатоа этой зоне.В ризосфере равномерно представлены виды F.nivale и F.solani' причем их количество почти вдвое выше,чей в почве. Доля F.solani к концу опыта (33-и сутки) составляла 33%. Таске как и в почза возрастает до-1' ля быстрорастущего гриба T.konlng-il. Среди представителей рода Pénicillium доминировали виды P.slmpllclsslmum.Р. nigricans и P. funlculoswi.

В риаоплане (табл. 2) наблюдается наибольшее разнообразие грибов! рода Fusarium. Велика доля грибов Р. nigricans и P.slwpllclsslimm, сни-' жается в ходе опыта доля быстрорастущего вида T.konlngil.Ta¡tm образом,-разнообразие микромицетов в ризосфере и ривоплане гороха ниже, чем а почве, при этом по сравнению с почвой в ризосфере и риаоплане ниже и ви~> довое разнообразие грибов рода Peni cl Шит. Характерно, что в ризосфере г4 ривоплане возрастает численность грибов рода Fusarium, а в риаоплане! также и их видовое разнообразие.

Таким образом,при всей специфике ризосферы и риаопланы как местообитаний микроорганизмов их видовой состав во многом определяется тем набором видов,который первоначально представлен собственно в почве.При этом микрофлора ризосферы и ризопланы различных растений может существенно различаться.Структура комплекса микромицетов почвы,в которой выращивался ячмень,несколько отличалась от таковой в почве,в которой ¡выращивался горох (так как у гороха и ячменя были разные растения-предшественники) . В случае с ячменем в исходной почве было заметно выше разнообразие микромицетов родов Fusarium, Aspergí 1lus, Мисог, но ниже -рода Peni cl Шит. В ризосфере и ризоплане ячменя в отличие от таковых для гороха ввдовое разнообразие микромицетов не снижалось по сравнению с контрольной почвой.при этом в ризосфере и ризоплане ячменя постоянкС-присутствуют представители рода Humfcola и выделяются многочисленные редкие виды.В ходе эксперимента из ризопланы ячменя-был выделен новый вид Byssochlamys sp.

Полученные результаты показывают,что сукцессия комплекса микроорганизмов в прикорневой зоне мало отличалась по характеру от таковой е почве.Динамика общей численности основных компонентов комплексов. микроорганизмов почвы,ризосферы и ризопланы,динамика кинетической структуры микромицетов и актиномицетов в этих местообитаниях сходны.По целому набору изученных нами параметров не выявлено существенных специ-

Таблица 1

Структура грибного комплекса в дернаво-поязошсхой почзэ в микробной сукцосин (Z)

Вчды

сутки

16 33

Aspergillus fumlgatus Fresen. Fusarium aquaeductuuni Lagerh. F.dimerum Penzlg F.nivale (Fr.) Ces. ex Sacc. F.solani (Mart.) Sacc. F.tabaclnum (T.H.Beym) V.Gairs Humlcola grlsea Traaen Mucor clrclnelloldes Tlegh.

var.clrclnelloldes Paecllomyces nlphetodes Samson Pénicillium canescens Sopp P.charlesll G.Smith P.chrysogenumThom P.cyaneum (Balnler and Sartory)

Blourge P. decumbens Thon: P.fellutanum Blourge P.frequentans Westilng P. funlculosum Thom P.herquel Balnler and Sartory P.Kapuscinski! H.M.Zalessky P. lanosocoeruleum Thom P.lanosum Westling P.melinll Thom P.nalglovense Laxa P.nigricans Balnler ex Thom P.ocnrochloron Blourge P.paraherquei Abe ex 6.Smith P.paxilll Balnler P.purpurrescens (Sopp) Râper

and Thom P.restrlctum Gllman and Abbott P. roseopurpureum Dlerckx P.slmpllclsslmum (Oudem.) Thom P.sp. (ceK.Dlvarlcata) P.steckll H.M.Zalessky P.terllkcwskil H.M.Zalessky P.verrucosum Dlerckx var.cyclo-pium (Vestllng) Samson et al. P.waksmani H.M.Zalessky Rhlzopus oryzae Went et Prlns. GggvI '

Talaromyces flavus (KÏocker) Stolk et Samson Trlchoderma hamatum (Bonord. ) Balnler

T.harzlanum RI fol T.konlngll Oudem. T.polysporum (Link:Fr.) Rlfal

2 2 8

- 2

- 2

6 4

11 14

- 2

- 2

11 5

7

2

4 2 _

- 7 20 - 5 - о

2 - - 3 - 19 с

_ _ _ 3 _ _

2 9 - - - - -

- - - - - - 2

2 2 - - - - -

2 - 10 - - - -

2

2 - - 6 - - -

- - - - 6 - -

2 - - - - - -

о 4 - - -

50 с 7 2 6 6 _ 4

- И - - 2 2 -

- - - - - - 40

- 2 - - - 2 -

2 _ - _ - _

2 о

14 7 с 2 16 2 - -

- - - - - 14 -

- - г - - - -

3 - - 3 - - -

3 8 - 6 _ 14 -

5 - - - - -

- - - 55 - - -

- 2 2 - - - -

_ . _ 5 7

- 6 8 - 14- - -

2 14 30 - 48 9 13

- - - 7 22

42 вида

17 16 17 8 8 9 9

Примечание: " - " —- данный вид не выделен

фических различий между комплексами микроорганизмов почвы.ризосферы и ризопланы.Вопреки ожиданиям.заселенность ризосферы не превысила таковую в почве.Хотя согласно традиционным представлением,ризосфера и ри-зоплана обычно рассматриваются как более благоприятные по сравнению с почвой местообитания микроорганизмов.

Наиболее интересный и неожиданный результат.на наш взгляд,состоит в следующем*, динамика показателя обилия спор и мицелия здесь в основных чертах не отличается от динамики в почве.Утверждение,что грибы меньше распространены в ризосфере,чем бактерии основано на сопоставлении их численности.Однако с учетом различий размеров бактерий и грибов(Полянская. 1978) расчет по биомассе показывает доминирующую роль последних.

Поскольку данные общего количественного учета при гоей их значимости дают далеко не полную информацию об объектах и их приспособленности к местообитанию,интерес представляют исследования видового-состава. Изучение видовой и кинетической структуры комплексов микроми-цетов показало,что как таксономическая,так и кинетическая структура комплексов'ризосферы и ризопланы напоминают таковые в почве без растения. На протяжении всего времени наблюдения преобладают медленнорастущие популяции грибов,хотя доля быстрорастущих постепенно увеличивается в ходе опыта. Видовое разнообразие микромицетов в ризо«зфере и ризопла-не гороха значительно ниже такового для почвы без растения. Доминирующий во всех 3-х местообитаниях род Pénicillium представлен в ризосфере и ризоплане гороха меньшим числом видов,чем в почве,в то время как род Fusarlum представлен в ризоплане большим числом видов, чем в почве,а в ризосфере выше его общая численность.В ризосфере и ризоплане ячменя по ¡равнению с горохом выше общее видовое разнообразие. В прикорневой зоне ячменя существенно выше численность и видовое разнообразие представителей рода Hutnlcola.

Таким образом,в условиях эксперимента не удалось показать,что прикорневая зона для мк^юмнцетов является существенно более благоприятной, принципи^:: но иной средой по сравнению с почвой. Мы не обнаружили выраженного общехс яффекта стимуляции грибов,а значит влияние корневых выделений не столь существенно в условиях эксперимента и не обязательно сильно меняет грибную микрофлору корня. Многие из грибов, которые обитают на корне здоровых растений,способны использовать широкий набор субстратов для питания.Следовательно,при отсутствии потенциальных растительных патогенов обычные сапротрофные почвенные грибы представлены и в прикорневой зоне растений. Характерно и тс?, что доминирующая вблизи

Таблица 2

Структура триПааго иоэдиаяса а рзсшсшэ rapasа Ш

1 1 ----------------, 1 Виды z 3 с утки 6 16 ■ ■ ( 23 1

1 Aspergillus fumlgatus Fresen. & _ _ (

1 A.niger Tlegh. - - - - 3 !

1 Fusarium aquaeductuum Latrerh. - - 2 - j

1 F.culmorum (W.G.SnüW b'dcc. - - - £0 j

1 F.ditnerum Penzig 34 - ¿ - !

{ F.iiierismoides Corda - - 4 - i

1 f'.nlvale (FrJ Ces.ex Sacc. 5 3 9 - 1

1 F.oxysporum Schltül. - - 5 3 10 1

1 F.solani (Hort.) Sacc. - 19 - 10 Zñ i

1 F. (Т.Н.Be.ma? ht.Gaats o - - 1

j Humlcola iiicea Trauen - - - - 3 i

1 Mycogone ni Erra (Morcan) Jensen - - - 1

1 Penicllllwi camember^l Thom - 2 - - 1

1 P. chrysogenum Thom 2 - - - 1

1 P.corylcphilum Dlcrckx - ~ - •7 1

1 P.decumbens Thom - 4 - - 1

j P.frequentans Westllng - 11 - - I

1 P.funiculosum Thom 6 - - - 1

1 P.fuscum (Sopp) В lour (re - 2 - - ¡

1 P.tepusclnskll K.ll.Zalessky - - 14 - j

1 p.nigricans Balnier ex Thom 26 24 2 4 3 i

1 P.uchrochloron Blourge 3 - - - 1

I P.paraherquei Abe ex G.Snlth - - - - 10 I

1 P.paxilli Balnier - - - 23 1

1 P.pvrpurrescens(Sopp)Raper and Thon - - 2 - 1

i r.slmpllclsslmum (Oudem.) Thom 1Я 1 7 1

1 P. sp. (cei:. Divaricate) - 7 - 1

1 Phlalophora fastlglata (Lagerb. et

1 Melin) Conant - - - - 10 1

1 Trlchoderma aureoviride Rifal - - - 14 ¡

1 T.konlngli Oudem. 10 6 10 - 1

J T.polysporutn (Llrik:Fr.) Rlfal - - - 4 1

I T.pseudokoningii Ritai - . - 7 38 I

I 32 вида i-—- 9 12 10 10 8 ! -i

¡горней группировка представлена медленнорастущими грибами рола Реп1с11-11ит, которые рассматриваются в литературе :?ак гидролитшси, а не ¡сак "сахарнне"грибы (Мирчинк.1983).Полученная информация хорошо согласуется с гипотезой о том,что многие встречающиеся на корнях грибы получают питание за счет транслокациа ресурсов по гифам из зон,удаленных от -торн я на несколько сантиметров, причем исходные ресурсы в этом случае представлены полимерами типа клетчатки растительных остатков (Меитпап, 1885).Не исключено,что аналогичное предположение имее* .смысл и для £Ктиномицетсв.По-П11димому,ь,ы наблюдаем здесь нормальную ситуацию со здоровым растением злцитные силы которого препятствуют отбору в ризосфере и ризоплане специфических фитопатогениых популяций. Следует учесть,что исследуемые в работе растения гороха находились в благоприятных условиях "севооборота", в том смысле, что почвенные образцы по своей предыстории не связаны с монокультурой - условиями,которые со временем повышают уязвимость растений.

Глава 3. Гетерогенность порпя гороха как местсойяаияя кякросрга-низмоз

Получив общее представление о микрофлоре поверхности корня и прикорневой зоны , мы задались целью дифференцировано изучить распределение микроорганизмов на различных участках корня в первые несколько суток развития растения,условно выделив для изучения три зоны:апикальную, базалъную и среднюю.

Численность бактерий (данные прямого учета на ядерных фильтрах) в ризосфере возрастала в ходе опыта,причем значения численности для всех 3-х участков корня близки . Динамика длины грибного и актиноми-цетного мицелия средней части корня отражает конфигурацию динамики этих показателей ризосферы корня в целом.Длина актиномицетного мицелия на поверхности базапьного и апикального участке:? корня была невелика, ггичем наблюдалась тенденция к ее снижении во (особенно на ба-

?;ыъном участке корня).На,поверхности всех част»."! корня в ходе опыта ясЛтдался рост длины грибного мицелия,причем численность грибного ми-' целия была существенно ниже на апикальной и баэальной частях корня. !

Численность бактерий в ризоплане (рис.3) возрастала на протяжении всего времени наблюдения, несколько снижаясь к 6-ым суткам • опыта 8а счет снижения численности бактерий на апикальном, участке корня.Динамика длины актиномицетного мицелия поверхности корня определяется длиной-„ актиномицетного мицелия апикальной части поверхности корня, а грибного мицелия - средней части корня.Численность спор,а скорее дрожжеподобных ;

а " г

клеток,резко возрастала на вторые сутки опыта,а затем падала. На базаль-ном участке корня их численность снижалась,несколько возрастая к концу опыта(рис.4).

Представленные данные,а также данные метода посева показывают,что-характер динамики численности бактерий и' грибов в ризосфере и ризопла-не в целом опгеделяется динамикой их численности в ризосфере и ризоп-лане среднего участка корня,в то время как численность актшгомицетов по посеву и длина актиномицетного мицелия'по прямому методу определяется для ризосферы и ризопланы характером динамики апикального участка.

Данные по соотношению биомасс различных групп микроорганизмов в ризосфере и ризоплане отдельных участков корня показали,что в ризосфере наибольшей биомассой обладают грибные споры и мицелий. Доля биомасс всех групп микроорганизмов особенна велика в начале опыта на базальной части ризосферы корня,в конце - на средней и апикальной частях.В ризосфере средней и апикальной частей корня актиномицеты составляют заметную часть микробоценоза.

Доля грибов и актиномицетов в ризоплане апикального участка зна- ! чительна в начале опыта(70-90Х),но в дальнейшем неуклонно снижается, а их доля на базп/ьном и среднем участках корня повышается в ходе опыта. Данные по биомассе основных компонентов микробоценоза в процентах от биомассы микробоценоза в целом показали,что биомасса грибного мицелия в ризосфере (как и в почве) составляет от 82 до 932.На долю бактерий и актиномицетного мицелия приходится от 0,8 до 13Х общей биомассы. В ризоплане доля биомассы грибного мицелия возрастала в ходе опыта от 50 до 70%.Обращает на себя внимание низкая доля грибного мицелия в начале опыта.сопоставимая с долей бактерий и актиномицетного мицелия(рис. 5).

В кинетической структуре актиномицетного комплекса ризосферы корня, в отличие от почвы, несколько больше численность медленнорастущих; зктиноми'^тов ,в первую очередь, за счет бачадь'ной л средней частей корня,в апикальной «чети корня во все сроки опыта дом.-шровали быстрорастущие актиномицеты,причем к концу опыта отмечается увеличение численности быстрорастущих актиномицетов на всех участках корня (рис.бА). В ризоплане доля медленнорастущих актиномицетов выше,чем в ризосфере. На поверхности базального и среднего участков корня доля медленнорас-• тущих актиномицетов высока в начальные сроки, затем наблюдается тен-[ денция к снижению их доли к концу опыта(рис.бВ).

Можно констатировать,что структура актиномицетного комплекса ри-> зосферы отслеживает сукцессионные изменения,происходящие в почве, и в целом специфичность актиномицетного комплекса ризосферы невелика.Акти-номицетный комплекс ризопланы более специфичен и тенденции его измене- -

Нис.п. динамика пиомагм-! оактррии ум, спор гримов (Н) .актиномицсг-

ного (А) и грипногп ПН МИЦЕЛИЯ В ризопф^рр I I) И РИ'ЛПНЛПНР i;-l горпха

N - ПЦПМ'ЧССМ Групп МПКТ'ППрГЯчЙнМПВ р '

2-ые сутки

и и

Кл ллм/мос

I* ЕЗлл СЗл* О)

2-ыз сутки

ы

Кг, шм/час Шрл ЕЗгл СЗл,

6-ыо сутки

4-ые сутки

I

>3

100

Кл

Рис.6.Струтстура ■4к:а акги-юмицегс« по оо^мсуапол скорости роста (Кг) ризосфер* (А) и г^юл/юны (В) гсрохо

и разных его учосткс» а *оде сгыто.

М — чиелвгтость октинсыииетоа с оап^оасэьми Кг, X от сб^ев -«елеи-юс!«.

ния на отдельных участках корня не совпадают с сукцессионными событиями в окружающей почве. .

Динамика кинетической структуры грибов почвы и ризосферы практически идентичны.Динамика кинетической структуры грибов в средней части корня повторяет динамику ризосферы в целом,в то время как для ризосферы базачьной и апикальной частей корня характерна более высокая доля медленнорастущих грибов(рис.7А).Спецификой ризопланы как местообитания грибов является не только относительно низкие показатели биомассы (как отмечалось выше),но и более высокая доля быстрорастущих грибов в кинетической структуре(рис.7В).

Быстрорастущие грибы и медленнорастущие актиномицеты,доля которых в ризоплане относительно велика,не являются сильными гидролитиками ,а их присутствие оможет быть связано с наличием легкодоступного субстрата в корневых выделениях растений. Синхронность развития быстрорастущих грибов и медленнорастущих актиномицетов отмечалась ранее для других . местообитаний,где имелся легкодоступный субстрат, например, инициация почвенной сукцессии внесением Сахаров (Полянская и др.,1988).

Таким образом, показано, что гетерогенность корня в значительно меньшей степени сказывается в ризосфере,микрофлора которой в основном отслеживает сукцессионные события в окружающей почве и в значительно большей степени проявляется в ризоплане. Роль грибов в ризосфере почти столь же велика как и в почве,биомасса спор и мицелия грибов многократ-• но превышает биомассу бактерий и мицелия актиномицетов.В ризоплане грибов значительно меньше, биомассы микромицетов,бактерий и актиномицетов ' сопоставимы.Динамика грибов и бактерий в ризосфере и ризоплане опреде- | ляетея преимущественно средней частью корня,а актиномицетов - апикальной, т.е. микробное население поверхности различных участков корня существенно различается и его динамика в меньшей степени сопряжена с собственно почвенной сукцессией,а отдельные участки корни обладают собственной спецификой кйк местообитания микроорганизмов.

Глава 4.Влияние азота на колонизации микроорганизмам» корневое зоны ячменя

Представляется весьма интересным как с практической ,так и с теоретической точек зрения влияние на колонизацию микроорганизмами ризопланы и ризосферы обычных агрономических мероприятий. Одним из таких обычных мероприятий является внесение в почву минерального азота. Многочисленнее агрономические работы посвящены влиянию минерального азота на рост растений.Что касается состояния микрофлоры корня при внесении

удобрений,то подавляющее большинство данных получено методом посева и "косит весьма противоречивый характер ( Van Vuurde.1978, Turner et al., 1985,LI13eroth,Baath,1989,LI 1Jeroth et al.,1990).Можно было бы предположить, что присутствие азота либо благоприятно повлияет на микрофлору, так как растение само является активным потребителем азота и взаимоотношения между растением и микроорганизмами могут носить конкурентный ' характер,либо внесение азота скажется на микрофлоре слабо,если эксудат содержит достаточное количество азота для развития микроорганизмов.

В начале опыта вес корней контрольных растений существенно выше, чем опытных (с внесением азота). Однако к 30-м суткам вегетации вес корней .опытных растений стабилизируется на более высоком уровне, чем контрольных. Вес и длина надвемной части растений существенно выше,чем контрольных: длина растений с внесением азота на ЮЖ выше,чем р контроле, вес на 15X больше в варианте с внесением азота.

Численность бактерий в ризосфере достигает максимума на 4-ые сутки опыта,причем в этот срок численность бактерий в опыте с внесением азота существенно превышает, контроль.Уровень стабилизации численности в этом варианте также выше по сравнению с контролем(рис.8А-1).

Для бактерий в ризоплане (рис.8В-2) бол»е благоприятен вариант с внесением азота. В варианте опыта с азотом максимум численности достигается раньше,чем в контроле: в контроле максимум достигается на Ь-не сутки,а при внесении азота уже на вторые.Таким образом, внесение азота стимулирует колонизацию поверхности корня бактериями.

На динамику актиномицетного мицелия в ризосфере внесение азота повлияло слабо, однако колонизация ризспланы актииомицетким мицелием при внесении азота ускоряется:максимум достигается уже на вторые сутки, в то время как в контроле на 4-5- ые сутки,причем максимальный уровень в контрол» значительно ниже,чем у опытных растений.

Динамика длины мицелия грибов в опытах с внесением азота существенно o.vичается от контроля.В ризосфере (рие.ВА-З) в о^еих вариантах сит?! »чина мицелия грибов достигает максимума на 4-4° тогда как

? кочтоол" .»»я н-мо су'ки.при я том при внесении азота мчксимапьнмй уровень ?нч"и",';'."ьно вн'че.чем в контроле, вь-'чр и уровень стабчлизлнии . В ривоплан? максимальный уровень длины грибного мицелия достигается в контроле на 4-ые сутки,а в опытном варианте уже на й-ме.пр« этом как и в ризосфере максимальный уровень в варианте опыта значит0.??-но выше,чем в контроле(рис.ВВ-4).

Для численности грибных спор и дрожжеподобных клеток наиболее сла-гоприятен вариант с внесением азота, при этом максимальная численность

наблюдается уже на 2-ые сутки.Кривые численности "спор" и длины грибного мицелия сходны.

Вспышка численности микроорганизмов в риэоплане ячменя в опытах с внесением минерального азота свидетельствует о том, что именно в ри-воплане азот является остродефицитным ресурсом. Это вполне объясни- ; мо:растение само является активным потребителем минерального азота и | на поверхности корня,осуществляющего осмос этого вещества, микроорганизмы вынуждены конкурировать с растением за ресурс. Другим объяснением может быть обедненность экссудата(корневых выделений) растений азотом и возможность в присутствие внесенного азота эффективнее усваивать органическое вещество.Вероятнее всего,что роль играют оба фактора.

В ризосфере опытных растений вспышки численности в первые сутки опыта по сравнению с контрольными растениями не наблюдалось.Последнее обстоятельство позволяет исключить возможность вспышки численности в первые сутки опыта в ризоплане не за счет развития,а за счет эмиграции из прилегающей почвы.Последующее резкое падение численности микроорганизмов в ризоплане опытных растений свидетельствует о том,что дополнительный ресурс исчерпан.

Угнетенное состояние опытных растений в первые сутки вегетации можно объяснить именно стремительной колонизацией микроорганизмами корня.Действительно,позднее, опытные растения опережают в росте контрольные. Полученные результаты могут представлять не только теоретический, но и практический интерес. Вспышка численности микроорганизмов в ризоплане растений в присутствии дополнительного азота дает основание для оптимизации процедур управления как полезными,так и вредными популяциями микроорганизмов,в том числе и фитопатогенными.Например, можно рекомендовать внесение фунгицидов в почву синхронно с азотной подкормкой, что позволит блокировать фитопатогенез в его начальной стадии.

Заключение

Изучение динамики численности основных компонентов комплексов микроорганизмов прикорневой зоны растений не позволило зарегистрировать явления,описанного в литературе как "ризосферный эффект".Ни общая численность микроорганизмов прикорневой зоны растений,ни ее динамика в ходе сукцессии в своих основных чертах не отличалась от почвы.

Исследование структуры комплекса микромицетов прикорневой зоны гороха и ячменя показало,что ризоплана и ризосфера растений гак местообитания микроорганизмов отчасти специфичны.Несмотря на то,что прикор-

невая зона заселяется микроорганизмами преимущественно из почвы, видо- . вая структура комплексов микромицетов ризопланы и ризосферы отличается от почвенной.При этом комплексы микромицетов прикорневой зоны гороха и ячменя существенно различались.Таким образом, показана специфика комплексов грибов прикорневой зоны таких таксономически далеких растений как горох и ячмень.

Ризосфера является переходным местообитанием между собственно почвой и ризопланой,напоминая почву динамикой численности основных групп микроорганизмов, а ризоплану спецификой видового состава микромицетов, существенно отличающегося от почвенного.Взаимозависимость микробиологических процессов,протекающих в почве.ризосфере и ризоплане в холе колонизации микроорганизмами прикорневой зоны показывает, что для целенаправленного изменения структуры микробного комплекса прикорневой зоны,помимо прочих, необходимы меры по регуляции микробного комплекса почвы в целом.

Дифференцированное исследование микробов прикорневой зоны раз- I личных участков корнй гороха показало,что ризоплана корня представляет собой гетерогенное местообитание.Характер динамики грибов и бактерий в ризоплане определяется преимущественно средней часть» корня,а динамика актиномицетов - апикальной.При этом роль грибов в ризоплане сущест- , 1<ешго ниже.чем в ризосфере и почве.В то же время гетерогенность корня ! сущестзенно меньше сказывается в ризосфере,сукцессия микробного комплекса которой аналогична с сукцессией в окружающей почве.

Значительный интерес представляет .зависимость скорости колонизации ризопланы ячменя различными группами микроорганизмов от обогащен-ности почвы азотом.Так как аналогичный эффект не наблюдался в ризосфере и.окружающей почве,!« можем констатировать,что имя?шо в ризоплане связанный азот является остродефицитным ресурсом. !!<■• способные усваивать азот из воздуха микромицеты оказались наиболее отзывчивой .-.а обогащение азотом группой микроорганизмов.Так как растение само является активным потребителем связанного азота, на поверхности корня,осущест- 1 вляющего осмос этого ресурса,устанавливаются конкурентные отношения ; между растением и микроорганизмами.Помимо теоретического интереса,обнаруженный эффект может иметь и немалое практическое значение:возможность размножения фитопатогенных популяций на поверхности корпя з ответ на азотную подкормку.

- 24 -Вшою-

1.Проведенные исследования показали,что ыикробоценоаы ризопланы и ривосферы по ряду параметров отличаются от микробоценоза почвы.Причем отдельные участки корня обладают собственной спецификой как местообитания микроорганизмов.

2.Роль грибов в ризосфере столь же велика как и в почве,биомассй спор и мицелия грибов многократно превышает таковую бактерий' и мицелий актиномицетов. В ризоплане роль грибов значительно скромнее.биомасса микромицетов и биомасса бактерий и актиномицетов на первых этапах ссн поставими.

3. Исследование микрофлоры ризосферы и ризопланы различных участ-> ков корня гороха показало,что гетерогенность корня в значительно мень-i шей степени сказывается в ривосфере,микрофлора которой в основном отс-> леживает сукцесдионние события в окружающей почве, и в значительна

' большей степени - в риаоплане.

4.В ризосфере и ривоплане апикальной части корня гороха,как и е почве,абсолютно доминируют быстрорастущие актиномицеты.в то время Kail для базальной и средней частей корня характерно более равномерное распределение актиномицетов по классам с различной радиальной скоростью роста.

5.Кинетическая структура комплексов микромицетов ризосферы и Р"л-эопланы гороха характеризуется как и в почве преоблал&гшеи медленно-* растущих микромицетов,в ходе опыта увеличивается доли бистрорастущда популяций за счет базальной н средней частей корня.

6.Видовые составы микромицетов прикорневой еош города к ечш» существенно различаются,причем различия больше связаны со спецификой этих - растений,нежели с различиями видовых-составов накрошщетов в ¡;c-i йодной почве:

а) общее видовое разнообразие шкрошцатов в рисос^рз и риеоалсьг гороха значительно беднее такового в почве.при атом рол Ponlc?Ши:\ представлен в ризосфере и ризоплане меньшим числом' Б1.дсэ,чг;.: в

а род Fusarium в ризоплане - большим числом видов;

б)в прикорневой зоне ячменя обаее видовое разнообразие иикромшй-тов не снижается по сравнению с почвой, при этом в прикорневой сопи существенно выше численность и видовое разнообразие рода llumlcola.

■ 7.Показано,что микроорганизмы прикорневой зоны растений конкурируют с растением за соединения.содержащие азот,и обогащение почвы азотом приводит к ускорению колонизации микроорганизмами поверхности корня. В первую очередь это касается, грибов,неспособных связывать азот.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Структура микробного комплекса прикорневой зоны гороха (в соавторстве с Л. М. Полянской и Т. Г. Мирчинк). Тезисы докладов «Биодинамика почв». Таллин, 1988, с. 121.

2. Микрофлора прикорневой зоны гороха (в соавторстве с Л. М. Полянской). Тезисы докладов международной конференции «Structure and Function of Soil Organisms-Communities with the Influence of Anthopoge-nous Factors»1, Ceske Budejovice, 1990, c. 113.

3. Структура микробного комплекса в прикорневой зоне гороха (в соавторстве с Л. М. Полянской). Тезисы докл. IV Всесоюзная нэучн. конф. «Микроорганизмы в сельском хозяйстве». Пущина, 1992, с. 165—166.

4. Динамика численности и структура микробного комплекса в прикорневой зоне гороха (в соавторстве с Л. М. Полянской, Т. Г. Мирчинк, Д. Г. Звягинцевым). Микробиология, 1994 (в печати).

5. Гетерогенность корня как местообитания микроорганизмов (в соавторстве с Л. М. Полянской и Д. Г. Звягинцевым). Микробиология, 1994 (в печати).

6. Влияние азота на колонизацию микроорганизмами корневой зоны ячменя (в соавторстве с Л. М. Полянской, А. А. Свешниковой и Д. Г. Звягинцевым). Микробиология, 1994 (в печати).

Заказ

Объем 1,5 п. л.

Типография РХТУ им. Д. И. Менделеева

Тираж 100