Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ТРАНСФОРМАЦИИ БАКТЕРИАЛЬНЫХ ЭКЗОПОЛИСАХАРИДОВ В ПОЧВЕ

ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "ТРАНСФОРМАЦИИ БАКТЕРИАЛЬНЫХ ЭКЗОПОЛИСАХАРИДОВ В ПОЧВЕ"

#-28602

одш4 лини Ii flvwu дгаим НАРОДОВ акадшиз BÍTK JOÛP «яш аядавога хмжго шлюп шонеюшпк

X ЖТООУЮПЯ ш. К.КЛШМЮВЮ№ AB УОСР. ;

да б?».в4*631.4в«е79.232.4*1X4

тгдекмщн шшпшшш шотктяштиюа »шяю

А » * О 9 • Ф * Р • *

Bat в - X9W

Работа дополнена в Институте микробиологии ж вшруооаогии ш. Д.К.Заболотаого АН УССР /

Научный руководитель» член-корреспондент АН УОСР, дожну

: бнодогжчвОкжх яну*. Профессор ■ АНДРВШ В.И.

Офщн&льам оппоненты: доктор бнояопчаокп наук, профеооор

ВШИВА И.Я.

. / катода* баологжчвокжх наук, додан* - - ■ ШВДОВА И,И.'■;

Ведуиая оргвюгааотя: Всесоюзны* ваучво-нюследоватвльоки!

институт свльоютовяЮгввнво* ЛкмяП) г.Лняяград

Эвпита ооотоится /У 1987 год* *

не васвданин сдецжахганрованного СоветаД 0J6.06.0I арн ' Институте микробиологии жвжруоалогшг «и. Д.К.Эаболотного . АН УССР по едраоу: 252 627, ХСЯ, Ктв-143, у*. Заболотного. 26.

0 диссертацией можно оввакоинться в библиотеке Института микробиологи и вирусологи* им. Д.К.Забояотного АН УОСР.

Автореферат даооертапих разослав * 1987 г.

Учены! секретарь спепнажизироваяного Совета / : Э.А.Коваленко

кандидат биологичеомпс ваук

■ . СЩ&Я ХАРАКТЕРИСТИКА-РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Проблема повышения и сохранения почвенного плодородия приобретает важнейшее значение в условиях интенсивного сельскохозяйственного производства. На ХЗДГ съезде КПСС а на ПленуыахЦЕСШСС подчеркивалась необходимость увеличения продуктивности почв за счет целенаправленного и научно обоснованного погашения мое плодородия.

Формирование почвенного плодородия неразрывно связано о биологической трансформацией органических веществ, - в том числе г полисахаридов, которые оказывают существенное влияние па физические, ¡^язико-гимичвские и биологические свойства почва. -Шехщзесв в литературе данные касаются превращений полисах ар адов растительного происхождения: крахмала, пектина, цел-яшюзн л др. . • ' '

Сведения относительно трансформация бактериальных, глико-полпыеров неиаогочислеш и оротиворе чиш. По мнению Маргкна (1971) я Ласика (1978), она весьма устойчива к разложа нио. Гоголева (1Э76), Мальцева и Косенко (1930), напротив, отмечали их* биотруп десгруккаю почвенными микроорганизмами. Кроме того, изучение трансформации шпфобнше полисахаридов проводилось преимущества нао с использованием чистых культур микроорганизмов, что в волной мере ив отражает специфику течения »того процесса непосредственно в почве. Имешиеся данные характеризуют, в основном, качествеиные превращения микробных гликоао-дныеров в почва и не раскрывают многих сторон этих процессов, а также не позводяпт количественно оценить их интенсивность. ;

Поэтому -нзучвше роли бактерпальных экзшолисахаридов для выяснения теоретических аспектов армирования почвенного

плодородия, о нашей точки зрения, представляется аятуапьпш,

■ \

. Невтральяая Паучэзя Енвлаатеял III о скок ко 3 ордека сельскотмЯПВгч, л(: я«. К. А,

Цель и задачи неследоваяля. Цель данной работы состояла в шучениа основных закономерностей трансформации бактвриадь- . ных•эгаополиоахарвдов в почве. В соответствии о доставленной цельюпредставляяось необходимым:

• X. Дать* характеристику мшфофлори и гуыуса основных типов почв юга УССР с различной антропогенной нагрузкой, .

' 2. Определять особенности роста естественных* ассоциаций почвенных шлфоорганязыов при потреблении .бактериальных »кзо-полисахаридов.■

3. Изучить изменения, происходящие в мпкройнш: дэнозая в гумусе почин в процессе траисформ&цзи втих веществ.

4. Определить скорость и особенности да стругали Оакте— риальншс зкзополдсахаридов имавдгашся в почва ферментами.

Научная новизна* Еыявдеш освовные закономерности развития и определены основные кинетические параметры роста ео--* тественных ассоциаций почвенных микроорганизмов при потреблении оактериалышх полисахаридов г качеотве источников углеродного питания. . • ,

. Показано, что трансфориздая екзшолисехарвдов в почва солровоадавтся структ/рно-^унксаональными изменениями нзпфснЗ-"ш ценозов. Установлены изменения, происходящие в состава гумуса почш н ее утлеводвом фонде при 'Трансформации бактериальных глинополимеров. ' " ; ""' Для основных типов почв хга Украины, испытывающих интенсивное антроаогенное воздействЕе.о цомогаьв ипоадстввнного регрессионного анализа впервые описана аависдмос» ыеаду чио-'-ленносты> шифоорганизмов основных вколого-трофггческих групп . и спецификеекяии гумусовыми веществами.' \

Ваяаденц основные направления изменений гртшношх кислот _

opa трансформации углеводов в почве. •

Предложена а апробирована ыетавдгаа определения $ерыентатигв~ ной вхтавности разложения бактериальных вкзополисахарвдов в аочвв;' В исслвдуеицх почвах выявлено наличие карбогвдраз каиробшх полисахаридов. Определены основные кинетические коне тан тыетих ферыептов. '.

■ . Практическая значимость-работы. Результаты исследований , бала использованы при разработке мероприятий по рациональному использованию в повышения плодородия почв »га Украшщ в уело- -вши интенсивного сельскохозяйственного производства. Ежегодный ' эконсмл.чеокгй эффект от внедрения рекоыеидапиЗ составил 299,2 тыо. руб. Бцло, показано, что для количестве зной и качественной оценки взаимосвязи между факторами, определяадиыи почве пное плодородие, может Сыть использован множественный регрессионный . аогаагошй анализ. В практику исследований со микробиологии и почвенной внзиыологип рекомендован метод определения активности карбогидраз бактериальных акэоцоласахаридов. V .

Дяробацяя работы. Основные результаты исследований били доложены на Республиканском сешкара "Методические вопросу экология потаенных микроорганизмов" (Киев, 1983 г,), ' Научно-произ-. водетвеиной конференции "Оснорние направления исследований, .' •обееяечиваодих новидаши эффективности использования орошаемых ■ эацель" (.Херсон, 1984 г.), Конференция молодых ученых-микробно-логов ШВ (Киев, 1984 г.). Республиканской конференции "Пути, ■повышниа эффективности факторов ицте всифккащш сельскохозяйет-. ве1шого производства* (Вашею, .1386 г.)

рублттщздии. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ.

Структура и объем работа.: Диссертация состоит аз введения; - обзора литературы, 5 разделов экспериментальных исследований,

обсуждения результатов, выводов в приложения. ^Работа иэложава на 133 страницах машинописного текста,. содержат 19 таблиц я 25 рисунков. Список литературы включает 218 наименований, в том числа 88 paíoi иностранных авторов, -

МАТЕРИАЛЫ И МЗТОДЫ 1ЮСЛЕД0ВАНИЙ ■ ' .

При изучении трансформации гликшолиыеров в качества субстратов были использованы экэополисахаряда, продуцируемые почвав-ншйг шифоорганлэмаш. - глюкан, глвкогалактаа, глюкоы^ан я мелкая, а Также крахмал и сахароза.

» . - ' Молекулярную кассу исследуемых полисахаридов определяли -

пето дачи гель-зсроиатографпи (Детерыан, 1970) а седиыенташй (aifta, 3961). - '

' . Параметры роста естественных ассоциаций почве ниш: микроорганизмов при использовании углеводов в качестве единственного . углеродного источника определяли на дддких средах в условиях периодического культивирования. Расчет основных стехиоыатрл-ческих х кинетических параметров роста ыикроорганизаюв проводили по принятом для чистых культур уравнениям (Перт, 1Э78),

Сцаль» максимального вриблотзная к естественным условиям трансформацию бактериальных полисахаридов изучали не посре дет- . . ^знно в почве, используя метода проточного ж стационарного культивирования. . ■

В процессе культявировалия учитывали чиоленность и биоиао— су ыикроорганизмов, а таюеа определяли. о одержан иа углеводов. . Количество выделившегося диоксида углерода определяли методом сорбции селочью. i . ■ ,

Сдаовременно проводили микробиологиче с кие исследования, в частности, ме тодом "прямого счета учитывалось общее количество

бактерий о посладупщщ пересев том биомассы, а такжа' длина мицелия ж бхашааса грибов Ширчашс, 1972).

Численность микроорганизмов основнадс вколого-трофдчв ских групп учитикига методом посева на плотные питательные среда поч»-венной суспензии, обработанной по Звягинцеву (1969). Для количественной характеристики соотношений численности микрооргашгз- . ков различных э коло го-трофгче ских групп ВЫЧИСЛЯЛИ Коэффициенты • минерализация и иммобилизация по Ыишустину (1975), индекса ола-готрофиостя - до Аристовской (1965) о педотрофюсти - по Никитину, Еигагяноа (I97S). ■ '..' . '

Количество микроорганизмов, участвующих в углеводной -обш-' не, шределшшна кремнекислых пдаотгнках, пропитанных ианараль-ной основой среда о добавлением исследуеюдс гликоподиморов.

Исследовались основные тшш почв юга Украшш:* темно-катта-новая среднесуглинистая сдабосолонце ватая, солонец степноЗ гду- -боыЭ солончаковатый, жерновая слаборазвитая песчаная. Образцы почв отбирали в течение вегетационных периодов 1902-1984 гг. весно&, летом а соекьп.

Содержание органического угла рода в почве определяли по Никитину (1983), групповой состав гумуса - по Кононовой, а Белъ-чиковой (1Э63), количество углеводов и распределение их по группам гуцуса - По Ехидну, ЭашшвсЕоыу, Ашосовой (1973),

Шда ленде в очистку гуынновдх кислот для определения вла-нентного состава проводила по методике,.указанной в руководстве Орлова я Ершиной- (1981)," Элементный сосгаз прейаратов гуыкновых кислот определяла на влеминтном анализ агоре Ге вдо г Паккард /ФРГ/ Направленное» изменений гуиановых кислот, вроасисодших при трансформации утловодоа в почве, шясияла с поыевдью метода гра4©-статячаского анализа Ван Крввелена (I1ÜX). •

Ш-слоктры препаратов гуаиновызс клолот снимали в таблетках

\

кйг* Идентификацию полос поглоиення проводили Ьо Орлову (1974).

■ Ферментативную активность разложения экэ оцолисахарвдов в . почве определяли^по разработанной нами методике. Аятдвиость ферментов шраиали в «г редуцирутащсс углеводов за 24 часа в I г

> -г . . ■

почли. Количество рвдуцирупшк углеводов определяли о ПОМОЩЬ») 3,5-дикцтросалшиловоа кислоты, {Щербакова, 1983),

Расчеты констант Кц и тш гщцюлаз бактериальных бкэо-цолисахаридов проводили по штодикш, описанным в руководстве Корниа-Брудена (1979).' ■ '

. Полученные результата подвергались математической обработке (Дмитриев,-1972; Себер. 1980). Расчеты выполняли на ЭШ НС—4, "Шф-2" к МК-54 по стандартным и спесдельно составленным про- -граммам. ■ -

0СН0ЕШБ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССВДОВАНШ ; ' /

Гарантериотика микро&лоры в органического вещесув^ основних типов почв юга Украины* 1 " . Трансформация органических веществ, » том чиоле я углево- ■ Лов, существенно зависит от условий, в которых осуществляется дашш! яроцесо. Это особенно важно для таких сложит и готеро- . генных систем как почва.. Поэтому предотавляло иитерео изучить ' особенности развития микробных ценозов н запасы органических веществ почв при их интенсивном сельскохозяйственно! использо-' вании,'

Как показали наш доследования, ■ темно-каштановая почва от» ¿пишется более высокой биогеннооть» по'сравнению о песчаной ж-

^1рк постановке задача исследований в данном а последуотих-раз-. делах автореферата непосредственное участие принимала кандидат биологических наук, старший научный сотрудник Г.А,Путинская.

солонцом. Орошение теино-каштановой почвы активизировало разш- -тиа микрофлоры. В микробном ценозе вгоа почвы увеличивалось количество ыякрооргакизмов . участвующих в минерализации органических веществ, что подтверждалось более высокими значениями ыине-рализ ационного * коэффщдае нта по сравнению с неорошаемые варианте«- 2,1-3,8 г 1,6, соответственно,

В солонцах орошение на оказывало стимулирушего действия ва развитие микрофлора, нааротив, в неорошаемой сочве численность микроорганизмов била вьше, чем в орошаемой. Возможно,* его связано о изменениями физических я физико-химических свойств солонцов при орошевии.

При мелиоративной освоении озсков значительно возросла численность почвенных микроорганизмов - в 5,3-13,3 раза: В микробасы даяоэе уменьшилась даи слиготрофов я увеличилось количество евтрофов,'о чей свидетельствовало повышение ыивералиэа-ционвого коэффициента и снижение индекса олвготро^иости.

Ясследуеыые почвы характеризовались значительным количеством микроорганизмов, способных синтезировать внеклеточные полисахариды. Шш больше число слизвобразователей обнаруживалось в . темно-каштановой почва -17,1-27,4 ылн клеток в I г почвы. В солонцах я песках их было значительно меньше - 3,6-6,2 или клеток В I Г ПОЧВЫ. ■ : ..;.'■■.■■..■.■.,■

Содержание общего органического углерода составляло для темно-каштановой почш 1,32-1 ,"48, для солонцов - 0,92-1,14, для песков — 0,13-0,89 % от веса почвы.

. Интенсивная, селъскохоэяйотвеннаявксплуатацая темво-кашта-новойпочвы в большей, степени сказывалась на качественном оо-отаве гумуса, чем ва его общем содержании. При орошении в етой почве набладалось сняяение количества фульвокиолот.' вследствие чего отношение Сге; С^ возросло от. 1,65 до 1,81. Яроые того,

ври интенсивном сельскохозяйственной использовании теин о-каштан-новой почщ выявлялась теядешрш к снижению наиболее стабильного компонента гумуса - вегидроляэуеного остатка, В солонце орошение способствовало увеличенип содержания фудьвокислот, а дри

к ц

мелиоративном ■ освоении песков значительно возрастало количество гумщювых киолот и гумина. - ■

Что касается содержания углеводов, то наиболее высокое их количество было обнаружено в тема о-каштановой почве - 6,0-7,1, в солонцах - несколько нижа - 3,7-4,6 и в песках - 0,6-2,0 иг в I г почвы. Основная масса углеводов била сосредоточена в фульво 'кислотах в гуыине. Орошение н возделывание различных сельскохозяйственных культур сопровождалось снижением доли углевсшовв гумусе темно-каштановой почвы, при окультуривании оолонцов и песков их количество, напротив, увеличивалось.

Известно, что содержание почвенного органического вещества ' тесно связано о биологической активностью почв. Поэтому представляло интерес:изучить взаимосвязь численности микроорганизмов основных вколого-трофических групп о содержанием гумусовых веществ в 'исследуемых почвах. С помощь» множественного регреб-сионного анализа из совокупности всех изучаемых параметров были выделены наиболее существенные.

В теьшо-каштановой почве наибольшее количество связей о компонентами гумуса было обнаружено для микроорганизмов, по- - ' пользутеих кеноральынй азот, слизеобразователвй и педотрофов (рис. I). Эти микроорганизмы по типу метаболизма молио объединить в хрущу V-стратегов, Численность г-стратегов коррелировала -с общим содержанием органического углерода, количеством ,. гумусовых кислот и гуыина, а также о содержанием углеводов в основных'труппах гуцуса, У олиготрсфов, "которых по типу .метаболизма можно отнеоти к к —стратегам, количество взаимосвязан—

7£МН0 • НАШТАНОвЛЯ

ЕкДБ ЕкЛа -Шч/И .ИМИ ЩАП

М

.ЕЦ

Ш Лй

Шч

/53

/Ш

уШ

О-ву 0-83 о.вг 0.94 0-ВЯ

А Г Б Д 6

СОЛОНЦЫ

0у0 0у0 ШкЛБ ШКЛШ ЕКЛЮ

ЛИ ЛИ-

ЛИ /Ш

ДЮ /И

/Ш

о.гв 0 6? ом <Ш

песни

[¡V® ШчД! ЛЗ ]лю /Ш ЛЕЗ

/Ш

>ш

ь

1-6

'И 9 0.83 О.ГЧ 0.56

0-6Г

В Б А А Г

Рисунок X. Связь численности микроорганизмов с химусом почв.

Л - мгкрооргаяизыл, ишользуиоде минеральный азот; Б - споро-образупцие; В - слизеобразухдае) Г - педотро$н; Д - одиготрофы; I - содержанке общего органического углерода) 2 - углерод гу-миношх кислот; 3 - углерод фульвокислот} 4 - углерод гуыина; 5 - общее содержание угла водов; 6 - углэвады гуштеовьис кислот; 7 - углеводы фульвокполот; в - углеводы тушат.

них параметров было меньшим по сравнению с '-стратегами. Чяо-денность:микроорганизмов к -стратегии была~достоверно связана о содержанием углерода основных групп гумуса и во зависела от количества углеводов в них. М»шимальаов число связей было обва-рухеноу i -сп>атегов (спорообраэугшюс микроорганизмов). Чяо-ленность ¿тих микроорганизмов коррелировала с содержанием наиболее 'стабильной грушш почвенного органического вещества — не-РИрояизуемш! остатком.

' Характер взаимосвязей ываду шпфофлороа и гумусом солонцов бия аналогичен таковому в твмно-яашТааовой почве» .

; Численность микроорганизмов всех исследуемых аколого-трофических-групнаесчаноа почвыбыла достоверно связана со всеми исследуемыми компонентами гуиуса. Микроорганизмы, использующие минеральный азот и слпзэобразователя наиболее тесно была связаны о содержанием гумуоовых кислот я углеводов в них»-а спорооб-разупцие - о гуминовым* кислотами в углеводами основных групп гуиуса. Что касается оллготрофов к педотрофов, то взаимосвязь уяядого из изучаемых компонентов гумуса о численностью указая-ных микроорганизмов была равнозначной.

Иаличив достоверных связей межо? компонентами почвенного

.^гаяического вещества ж микрофлорой свидетельствовало 0<$ активной микробной трансформации органических веществ в ноЧео.

Трансформация бактериальных, вкзоаолисахаоидов ~ ~ естественными асоспиашациями почвенных микроорганизмов

При изучении процессов трансформации питательных и энергетических веществ микроорганизмами вахнуп роль играет определе-вие.стебиометрических и кинетических характеристик роста.

Нами были проведены исследования о целью определения основ-

пых параметров роста естественных ассоциаций почвенных микроорганизмов, которые показали, что при исаокьэовашш полисахаридов как бактериального, гак я растительного происхождения poor почве шых микроорганизмов характервэовался диаукояей, а при утилизация сахарозы - классической сягиоидальной кривой {рис. 2).

Рисунок 2. Динамика роста естественных ассоциаций почвенных микроорганизмов при потреблении углеводов.

U - численность микроорганизмов, млн . ¡меток в I г почщ; I - среда без углеводов; 2 - о добавлением 'сахарозы! * 3 - крахмала; 4 - глккана; 5 - гликогалактана.

Рост естественных ассоциаций почвенных микроорганизмов при потрейлонии полисахаридов был более активным, ,чем при развитии на среде с сахарозой я без угла водных источников. Наибольшая, удельная скорость роста была обнаружена для микроорганизмов при утилизации крахмала — ju- = 0,25 4~f, при"потреблении бактериальных »кзадолвсахаридов она была низа и «оставляла 0,16-0,20 ч-1. Развитие естественных ассоциаций почвенных микроорганизмов на второй экспоненциальной стадии проходило о меньшей скоростью,* чем на первой. • ■ . ■ ~ .

Одновременно о ростом микроорганизмов происходила утилизация внесенных в среду углеводов (рис. 3), Уже к 40 часам культивирования сахароза была использована на 96, крахмал - на 90, а sкзополисахариды - на 80 %. К концу опыта в среде определялась следовые количества углеводов.

' Утилизация крахмала сопровождалась накоплением значительных количеств низкомолакуляркых сахарен в среде, которые при дальнейшем культивировании потреблялись. Такое развитие процесса, i

вероятно, связано о несоответствием роста почвенной мгофофлоры и усвоением субстрата (рас. 3,в). —-

. Накопление олигомеров при использовании глюкогалаитана било менее вырахено (рис. 3,6). В варианте с бактериалышы глюка-" ном существенных различий между содержанием обших Сахаров в

культурадьной жидкости я полисахаридов в течение всего опыта не

*

было обнаружено (рис. 3,а).

Сахароза потреблялась почвенными микроорганизмами быотреа, чем полисахариды. Этот процесс в течете всего опыта описывался ' кривой, соответствующей кинетике первого порядка, о.конотантой скорости реакции Д = - 0,Ш ч~1(ржо» 3,г). Деструкция нрахма- . ла до 30 часов инкубирования проходила о высокой скоростью (Л а - 0,03 ч-1), после чего наблвдалось Замедление этого про-

Рноунок Э* Динамика потребления углеводов естественными ассоциациями аочвенных шшооргшшзыов.

С - концентрация углеводов, иг/мл; А. - константа скорости реакции,

а - глхжан; б - глюкогатактан; в - крахмал; г - Сахарова; о - - о- общие углевода полисахариды.

.... ; - i4 -

цесса (Á ■> - 0,03 ч-*). Бактериальные вкэоподисахариды утилизировались ц о чванно а мякрофдоро! о постоянной скорости) в течв-вив длительного времени - до 72 часоя культивирования.

Следует отметить, что потребление полисахар ядов как растительного, тек я микробного проасхохденяя характеризовалось более шсокеми значениями экономаческого коэффшщеята, "чем сахарозы, Для полисахаридов его значение: колебалось в пределах от 0,20 до 0,23, адля сахарозы былоравдо 0,18. Вероятно, сахароза потребляется на энергетические нуида микроорганизмов, в то Bf«- -tut как полисахариды - в анаболических проце с сах, '

Полученные результаты позволяют сделать вывод о том, что деструкщшбахтериальдыхзкэоподисахаридов почвенными микроорганизмами осуществляется не менее активно, чём растительных, /дельные скорости роота естественных ассоциация почвеиных микроорганизмов при использовании pao тигельных и бактериальных полисахаридов имеют близкие значения.. Потребление полисахаридов характеризуется более высокими значениями экономика ского коэффициента, чем сахарозы.

Трансформация бактериальных екзоподисахаридов в почве

В модельных опытах по изучение трансформации бактериальных экзополасахаредов непосредственно в почве, внесение дополнительных углеводных источников сооровоадалось увеличением чао- ■ данности микроорганизмов. Наибольшее их количество было обнару-' же но цри обогащении почвы глюкансы - 64,2 млн. в I г почщ.В вариантах с крахмалом и маннанон численность микроорганизмов " балл, несколько аиле и составляла, соответственно, 52,9 и 48,2 мла. клеток'в I г вочш. При транс^раации сахарозы в глюкоыап-нана количество микроорганизмов было самым низким - 46,7 и 42,6

млн. клеток г X г почвы.

Что касается грибов,; то суадарвая Длина иг гиф в контроле достегала 0,19 м в I г почш.Пря обогащения почвы полисахари--жамя оЛцая длина мшмлзм грябов колебалась в пределах от 0,18 ' v до 0,28, а в варианте с сахарозой была равна 0,33 м в I г почва Однако ях доля в микробном ценозе во прешшала I %.

' Внесение в почву различных углеводов шзивало изменения в структуре микробных-цекэзов, в частности, увеличивалась численность микроорганизмов, участвутих в минерализации минерального я органического азота (рис. 4).

g»

i- . >

Stt

a.

I'

■v.-

Ш

II.

Ш

II if

N

%

I

i %

У

i ■йл

m

i

m

ч у

Рисунок 4. Численность микроорганизмов в почве, обогагаен-. иой различными углеводами.

I - исходная почва; П - почва без обогащения углеводами; Ш - обогащение сахарозой; 17- крахмалом; У - глюканоы; ЁЗ - микроорганизма, использутаие минеральный азот; Q - - • - ". органический азот;

£3 - оллготро^ы.

О происходящих изменениях в микробном «ввоза орд трансформации глакшолиыеров свидетельствовали показатели их функциональной структуры - в почва, обогащенной углеводами, значительно возросли коэффициенты минерализация в олдготрофяос ти,.

' Следует отметить, что микроорганизмы,, участвушие в трансформации бактериальных полисахаридов, не обладали епедафичноот*» в втому субстрату в хорошо развивались вадругих углеводных источниках - сахарозе к крахмала.

Еа биологическую трансформацию бактериальных полисахаридов' указывало увеличение количества выделяемой почвой углекислоте (рис, б),

КГ С^ 4 !>-*—ОЧв

\

Рисунок 5. Динамика продуцирования диоксида углерода при трансформации углвводов в иочве.

I - почва без обогащения углеводали) 2 - обогащение сата-роэоВ; 3 - крахмалом; 4 - глюкапоы; ьшшаноы - б; Б * кааа-тааом.

- Наибольшее количество углекислого газа продуцировала почва» обогащенная сахарозой. При потреблении полисахаридов растительного и бактериального происхождения интенсивность выделения его была ниже. Самое низкое количество углакислоты обнаруживалось при трансформации гллкомаянана.

Одним из показателей деструкции гликадолимеров в почва яв-дяетоя динамика .содержания низкшолэкулярных углеводных компонентов в елватах (рио. 6),

йЗ

« « 38 Ч»-€0 14 час Рисунок 6. Диншика содержания Сахаров в ■ почвенных . ¡шзатах.

почва без обогащения угле водами; -о—о—обогеще ниэ

. сахароз ой ;-/*-д-кра!малсм{ -л-А-глюканш. -

Из культиватора с почвой баз дополнительного внесения углеводов в течение всего опыта вымывалось незначительное количество их - 0,5-30,0 мкг/мл. Они бшш представлены, в основном, .низкомолекулярнымя сахарами. .В вариантах о почвой, обогащенной ^углеводами, содержание сахоров в призывных водах зависело.от вида вносимого гликопояимвра, что, по-видимому, свилегельстеовл— ло об. их различной трансформации. При обогащении почвы сахарозой значительные количества киз комода кулярных Сахаров обнаружава-

хась а г.вдатах через 12 часов, после чего их содержание резко уменьшалось л уха к 24 часам культивлроваидя достигало фоаошх - значений. При трансформации лрахмада максимальное количество углеводов в почвенных адиатах наблюдалось к 24 часам, а полисахаридов - к 36 часам культивирования. В последупцяе сроки содержа-вне Сахаров в промывных водах уменьшалось, причем для почш с крахмалом скорость убили нх была выго, чем в вариантах о полисахаридами. Вследствие втого, в первой случае общее количество углеводов достигало фоновых значений к 36 часам, а во втором -к 72 часам культивирования.

Ферментативное разложение.бактериальных полисахаридов .. ' р почве |

. Одним жз путей трансформация полисахаридов в почв» является их гидролитическое раадешгание почвенными ферментами. Наши исследования показали во^южность разложения бактериальных ш>-лцсахаридов почвенными ферментами, ферментативная активность ■ гидролиза в почва сахарозы в грахмала,бала выше, чем микробных полисахаридов (табл. I). Ори »том активность карбогвдраз глю-■ , ; ' 1■ • Таблица I' ■ - "

Ферментативная активность разложения углеводов в почве -

' Активность : ( .. - у - ■

■ Субстрат ¡саюров^а'^Гч: - :х10"2моль редувдру-

¡па.Хгпочвы* 1х1СР1Лоль ШС:1Щ1х сахароз 21 ч

Глякаа ■ " 0,66 ? О,ОТ 0,90 . " 0,78 -

■ Маннан / 0,58 * 0,11 2,60 0,50

Глскоманнан . >0,12 ? 0,03 4,21 0,27

Крахмал ■ ■ " 0,91 ¿ ..0,18- '' ' - . ' ' '. ' ,

Сахароза • 5191 ±1,02 . - ' ♦ -

капа S маннааа была выше, чем_глркомаинана. Подученные величины^ ферментативных активностей разлохаиил полисахаридов в дочва согласуются оо аначеииями основных кинетических констант соответст-хукинзс карбогадраз. Константа Люсаэлвса , характеризуйся сродство фермента в субстрату, для глхжаиаэ была нала, чем для ■ карбогвдраэ^расшвалящах маннан а глюксмавкан.: Это указывало ва б^лыву» вероятность образования фермент-оубстратного комплекса при гидролизе глюканапо сравнении о маннан ом ж глюком анваном. Креме того, для -почвенных глюканаа значение максимальной окороо-тя реакция Т^ было.вила, чем для других полисахаридзз.

Следовательно, расщепление глюкана почвенными ферментами осушествлялось болае актлвно, чем маннана и глюкоманнаяа. Это, возможно,. определяется как спецификой строения молекул полисахаридов,, .так s больл» а обогеце нностьп исследуемых почв глюкана- . зама, чем карбогияразамя, катаявзируицимя гидролиз маннана в глс-вомашшна. ..

. ^вязь ypaa<ffiopMaamf бактериальных эгаем оллоахарддов о содержанием д составом почвенного органического вещества '

При трансформации гликополимеров в почве происходили нэпе-вевяя качественного состава гумуса, в частности,его углеводного фонда. Как дохазаля наш исследования, общее содержание углеводов в почве при культивирования ее.о полисахаридами изменялось несущественно, в то время как кх содержание в гумяновых кисло- ■ тах возросло в 1,9-2,2 раза» а в фульво кис лотах, напротив, умэяь-шилось. Кроме того, в хуминовше кислотах почв, обогащенных до- лжеахаридами наблпцалось увеличение долисахаридных компонентов.

Изменения,*вроиоходяше в молекулах гуминовых кислот при . трансформации углеводов подтверждались данными ШС-саектроскопии

■ и элементного анализа. *

В ИК-сяектрах гумявовых кислот почвы, обогащенной оахаро-* эой, характерный для карбонады ой группы максимум поглощения в области 1725-17DO бил менее выражен, чей в вариантах о полисахаридами, Кроме того, в спектрах гуминовых кислот почвы о внесением бактериальных вкзшолисахарвдов к врахмада наблвда-лаоь четко выраженная полоса поглощения при 1060 см-1, свиде-тельствутоая о наличии йолисахаридных компонентов.В соектрах -гуыиаовых кислот шты, обогащенной сахарозой, указанная полоса не проявлялась. ■ *

Результаты елемевтного - .анализа о аооледупцей храфо-статя-ческой обработкой показали, что в гуминовых кислотах при трансформации' бактериальных полисахаридов возрастала окислешооть молекул гушшошх кислот я увеличивалась, алифатжчнооть воледст- . вне их деметанированая и кврбоксилироъанмя. Шофобная трансформация сахарозы я крахмала соарововдадась обуглероживанием молекул гушшошх кислот, которое происходило путем дегидрогениза-шш и дегидратации." * ' .

Данные ИК-спе ктрос копии ^ алемэвтвсго и х^афо-статического анализов гуминовых кислот согласовывались о перераспределением углеводных компонентов в основных группах гумуса,. выявленных * нами химическими исследованиями, . ■ '. ^

Таким образом, на основания проведенных исследований ыож-аоэакличить, что 'бактериальные полисахариды наряду о раститель-, нши активно' вовлекаются в метаболизм почвенной микрофлоры, а " -также подвергаются воздействии почве еных ферментов. Скорость потребления бактериальных полисахаридов ниже, чем растительных. Этим, возмогло, объясняется их высокое содержание в почве. В то : ю время относительная.устойчивость'■» деструкции бактериальных полисах ар юра и. особенности химического сроеиия поватавт вероят-

нооть включения их в гумусовые вещества и орган о-ышералвные комплексы. Эта обуславливает их важнув экологическую роль в почве, а'такта участие в процессах формирования ее основного свойства — плодородия. ■' . 'л

• вывода'

1. При длительной интенсивной сельскохозяйственной вксолу-аташп темно-каштановых почв и бессменном выращиваний культур изменяется направленность микробиологических процеосов, усиливается развитие микроорганизмов, . участвутеих вминераяизашон-ных процеосах, свяэашшх о синтезом и деструкцией гумуса. Это приводит к изменениях качественного состава гумуса, увеличение структур о низкой степенью полимеризации. ' V." 2. В солонцах'при их окультуривание возрастает численность микроорганизмов я увеличиваются запасы гумуса. Наиболее благо-'приятшм рехвмом оельскохозяйсгвеиного использования солонцов является возделывание культур в неорошаемых условиях< При орошении структура мшфобного ценоэа иэыеняется в сторону преобладания' ытфофлоры,' ооуществдявдей минерализацию органический ве- . щеотв. Запасы органического углерода в орошаемых солонцах по сравнении о неорошаемыми уме выдаются, возрастает фульватность" гуцуса, увеличивается доля углеводов в подвижных 1рушах гуму- -совых веществ. . *-■ ' . '

З.Иря,мелиоративном освоении песков возрастает стабильность микробных ценозов, уменьшается доля олпготрофной и увеличивается относительное содержание эвтро^яоймикромеры.Существенно возрастает есящжанае органического углерода и углеводов, * повышается доля соединений о высокой степенью полимеризация, , происходит закрепление углеводов в стабильных группа" гумуса.

1. Растительные а бактериальные полисахариды активно вовлекаются в метаболизм почвенных микроорганизмов я используются имя на 90-98

5, Рост естественных ассоциаций почвенных микроорганизмов ' да средах с простыми углеводами характеризуется классической • сигмоидальной кривой, ва средах с полисахаридами — диауксиай. Скорость потребления полисахаридов ва первой вксдоненотальной фазе (ивд, чем ва второй.

■ 6; В исследуемой почве шявяеио наличие карбогидраз бактериальных полисахаридов, которые характеризуются следующими кинетическими константами: максимальной скорость» реакции - тщ м. 0,27х1СГг.. .0,78х1СГ^( рэдушрупаих Сахаров за 24 ч в I г почш и константой Ндхаэлиса « 0,ЭОхХСГ5, ..4,21x10^1 полисахаридов

7. Трансформация'бактериальных »каополисахаридов соаряжэна с изменениями гумусовых веще ста .почш- уве диче ни ем содержания гуминовых кислот при обогащении их полисахариддыми компонентами.

8. Основные направления перестройки гумиаовых кислот при , * трансформации сахарозы а крахмала состоят в обуглерохивании их молекул путем дегидрогенизации и дегидратации. Трансформация бактериальных полисахаридов способствует повышению степени синода вност и молекул гушшовых кислот вследствие их деыетанирошния и-карбоксидировашш.

"Список рабоу. опубликован них до теме диссертадаш;

I. Иванова В,II., Китель Н,4, Разложение бактериального полисахарида в почве в условиях непрерывного культивированая // Биология, культивирование и ийцольэование микроорганизмов в народном хозяйстве/ Е) Республиканская научно-теоретическая конференция молодых учйкых-млкробаологов. - Ташкент: Фан, 1^63. -

Авдрепк Е,И., Иутинская Г.А., Иэжеурова В.В.,- Китель' В.Ф.»Иванова Н.И, Сиределение параметров роста почвенных микроорганизмов при использовании бактериальных акзааадазахаредсв // Микробиологический «урнал. - 1984; - 46, А 2. - С. 63-84.

-, ' " 3. Путинская Г.А,, Изхеурова В.В., Китель Н.Ф., Иванова Н.И. Подбор питательных сред дай выделения из почш активных продуцентов внеклеточных полисахаридов // Результата"и персиек-тиш научных исследований микробных полисахаридов / {I Всесоюзная научная конференция. - Ленинград, I9B4. - С. 77-70.

4. путинская Г.А., Изхаурова В.В^ Китель Н.Ф., Иванова

B.И. Влияние ' орошения на распространение идафоорганизнов-проду-пентов екзоаолисахаридов в почвах вга Украины // УХ съезд Украинского микробиологического общества.Донецк, 1954. - С, 18'.

: -5. Андревк Е.И.,1£*еурова В.В., Иутинская Г.А., Китель ; Я.Ф., Садовников С.С., Иванова Н.И* Продуцирование акз ополи оа- ' " харядов почвенной микрофлорой при различных условиях культивирования // Шофобиологический журнал, - 1984. - 46, А 3, -с. 19-22. ■.■ ' '

; 6. Иутинская Г.А.. Китель Н.Ф., Иванова В.й., Лазер H.H. Состав органического вещества я численность микроорганизмов в неорошаемых, орошаешх в затопляемых солонцовых почвах юга Украины // Основные направления исследований, обесавчиъаппих повышение е$фективноати использования орошаемых земель / Научно-производственная, конференция. - Киев:. Еаукова думка, 1984. -—

C. 20-21. ; « •

7. Авдреюк E.U,, Путинская Г.А., Китель В.Ф,, Иванова H.H. Распространение микроорганизмов-продуцентов вкзополисаха-ридов в орошаешх почвах// Резвые та на доклад« те УХ Контре о на ыикробиолозите в България о Симпозиум на микробиологичяи аспекта

- 24 - .

'. . ■ ". .ч ...

на бнотехволигилята , октоыври, 1965 г. - Варна: Дружба, 1985.. -С; 250. ч . \ " '

в. Иутанская Китель Н.Ф,, Иванова Н*Н. Изменен!» мнк- ~ рофлоры а органичаского вещества паочано! вочш в процессе ее-ивлиоративного освоения // Достижения шпфобиолопш — практика / . ЛГ съезд Есасоозного шрфоанодогячеоного общества. - Алма-Ата: Наука, 1985. - 2* - С. 25.

9. Китель Н.Ф, Влияние орошения.на органическое вещество и микрофлору почв ста УССР в различных агробиоцеыоэах // Бессоюзная шкода молодых учеши и специалистов. Херсон, оентябрь, 1934г - Иосква: 1985, - С. 54-56, .' , • .

10. Авдреюк Е.И., Иутинская Г.А., Изхеурова В,В., Васильев , В.Н., Китель Н.Ф., Иванова Н.И. Использование бактериальных

акэ онолиоахарадов мшфобшш ассоциациями почвакаых микроорганизмов // ИикробиологкчаскиЗ журнал. - 1986, - 48, д I, - С. 1521. " ■ ' *, ' . " : о>

II.. Путинская Г.А,, Китель 8.Ф,, Иванова В,И.,Блияние оаво-оборотов и бессменных посевов на микрофлору и плодородие ороааа-ш почв.// Пути повышения эффективности факторов интенсификации 'сельскохозяйственного производства / Республиканская конференция, Каунас, 11-12 шя. 1986 г. - 1385. -*С. 144-146. " . ' *,' '

V 12, Латинская Г.А.,■ Голофродько 0,0., Иличко Н.В., Китель Н.Ф., Иванова Н.И. Шшробные ценозы в органическое вещество оо-военных песчаных почв Нижнего Диэдра // Микробиологнчес кий иур- -нал, - 1986.' - 48, » 6. - С. 3-8,- " , ■ " "" ' - ■ ' ' ;

Подл, к агчМег:*? ЕФ е?**? ФорматуБушщ ¡¿(¿Г. .

ПмГ'офе. Усл. и«ч,л.. Уч-мд л. / ' ТКР1ЖГ-А?.

■ . Е«ллммо. " ' -[ --—-.-—.-*—_ -

Юмякмя книжны тиюгряфк» научной *нягк, К«а,/р1-лниа, 1.