Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИРОДНЫХ АССОЦИАЦИЙ МИКРООРГАНИЗМОВ ИЗ РИЗОЦЕНОЗОВ ТРОПИЧЕСКИХ ДИКОРАСТУЩИХ КУЛЬТУР КАК ОСНОВЫ ВЫСОКОПРОДУКТИВНЫХ И БИООХРАННЫХ ПРЕПАРАТОВ

ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПРИРОДНЫХ АССОЦИАЦИЙ МИКРООРГАНИЗМОВ ИЗ РИЗОЦЕНОЗОВ ТРОПИЧЕСКИХ ДИКОРАСТУЩИХ КУЛЬТУР КАК ОСНОВЫ ВЫСОКОПРОДУКТИВНЫХ И БИООХРАННЫХ ПРЕПАРАТОВ"

На-цравах рукописи

КАЗАРОВА Татьяна Михайловна

Возможности использования природных ассоциаций микроорганизмов из ризоценозов тропических дикорастущих культур как основы высокопродуктивных и биоохранных препаратов

Специальность 03.00.07- «Микробиология»

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

Ъ;

Москва 2007

Работа выполнена на кафедре микробиология Российского государственного аграрного университета—МСХА имени К.А.Тимирязева

Научный руководитель - доктор биологических наук, профессор В К. Шилькикова

Официальные оппоненты: доктор биологических наук, профессор Зенова Галина Михайловна;

доктор биологических наук Миненко Анатолий Клементьевич

Ведущая организация - Институт биохимии им А Н Баха, РАН,

Защита диссертации состоится^-! мая 2007 г. на заседании диссертационного совета Д 220 043 03 при ФГОУ ВПО «Российский государственный аграрный университет - МСХА имени К .А. Тимирязева»

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЦНБ РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева.

Автореферат разослан -$2007 г и опубликован в сети

Интернет на сайте университета www tfmacad ru.

Приглашаем Вас принять участие в обсужл- га диссертации на засе-

дании диссертационного совета Д 220.043.04 К.А Тимирязева. Отзывы на автореферат в гербовой . - гатью, просим направлять по ад;,-* рязевская . :., 49, Ученый Совет РГАУ - МС '

""АУ - МСХА имени сшшярах, заверенные 350, Москва, Тими-.! К А. Тимирязева.

Ученый секретарь диссертационного с

В.А. Калинин

Общая характеристика работы Актуальность темы. Проблема биологической фиксации атмосферного азота - одна из важнейших в области сельскохозяйственной биологии. Большие успехи в изучении молекулярных, биохимических и физиологических механизмов азотфиксации позволяют проводить не только традиционные исследования по симбиотической азотфиксации, но и открывают возможность обеспечения азотом небобовых культур за счет его фиксации из атмосферы. С этой целью особенно перспективно в агробиотехнологии применение не одновидовых популяций (чистых культур) микроорганизмов, а их ассоциаций или консорциумов (Рыбачье кий, Лях, 1990; Панкратова и др., 2004;Holguin et al, 1992; Khammas, Kaiser, 1992).

По сравнению с чистыми культурами бактериальные ассоциации характеризуются повышенной эффективностью и стабильностью действия на растения, чем и определяется перспективность их использования для интенсификации ассоциативной азотфиксации в ризосфере (Злотников и др., 1997). К тому же механизмы положительного влияния азотфиксирующих бактерий на растения разнообразны в зависимости от конкретной агроэкологической обстановки (Кожемяков, Тихонович, 1998). Наиболее важное значение из них имеют: фиксация атмосферного азота, стимуляция роста и развития и улучшение питания растений, повышение устойчивости их к различным «стрессовым условиям, -подавление фитопатогенов и гмикробостатический эффект (Умаров, 1986; Бойко, 1989; Смирнов, Киприанова, 1990; Тимофеева и др., 1999; Шабаев, 2004; Zaady, Окоп, 1994). Ризобактерии (PGPR — «plant growth-promoting rhizobacteria»), по последним данным (Шапошников, 2003; Кравченко и др., 2003) обладают антигрибной активностью и способностью приживаться в ризосфере овощных культур, снижая уровень развития фитопатогенов.

Не менее важен и актуальный вопрос о применении азотфиксирующих бактерий для снижения фитотоксичности тяжелых металлов на растения в связи с техногенным поступлением химических элементов в окружающую среду. Однако имеющихся экспериментальных данных недостаточно и вопрос о применении микроорганизмов в снижении токсигеиного по отношению к растениям эффекта тяжелых металлов пока остается открытым. В связи с этим необходимо выявить наиболее эффективные микроорганизмы, возможно ризосферные ассоциации, для сельскохозяйственных культур, обеспечивающие биоконтроль в условиях повышенного загрязнения—гяжелымиТТЫеталламй и~

f 1 r\J 'I'lCilJ i

имени К.А. Тимирязева ЦНБ имени 1.1.И. Ж* лезпова Фоня научный литератур"

максимально повысить микробный потенциал почвы и ризосферы

С таких позиций использование мультиинокулюмов, к которым относятся и природные ризосферные бактериальные ассоциации, актуально и может быть перспективным приемом, повышающим биоразнообразие и активность ризосферного комплекса.

Цель исследований - выяснение природы действия естественных ризоценозных ассоциаций дикорастущей тропической культуры ЗезЬата sp на небобовые растения (пшеница, салат, морковь) Задачи исследований:

-определить результативность действия ассоциаций при инокуляции исследуемых культур (небобовых растений) в условиях вегетационных и микрополевых опытов,

-установить антифунгальную и антибиотическую активности тест-ассоциаций,

-оценить спектр потребления субстратов до и после интродукции ассоциаций №6 и 23 в ризосферу растений (на примере кресс-салата) и по кластерной характеристике МСТ ассоциаций сделать заключение об их приживаемости в новом местообитании,

-определить результативность действия ассоциаций при инокуляции ими семян исследуемых небобовых культур на почвах, содержащих разные дозы 2п и Сё, их детоксикационный эффект,

-выявить изменения общей численности и качественного состава ризосферного комплекса яровой пшеницы при одновременной инокуляции исследуемой культуры и внесении в почву 2п и Сс1

Научная новизна. Показано, что естественные ассоциации ризоценозов дикорастущего тропического растения ЗехЬата яр Я°6, 23 и 25 выполняют функции не только носителя и самостоятельного агента, действующего на растение как сильный азотфиксатор, ингибитор фитопатогенов, обладающий антифунгальными свойствами и антибиотической активностью, но и как фактор, снижающий токсичность тяжелых металлов (2п и Сё) Ассоциации хорошо приживались при их интродукции в ризосферу кресс-салата

Практическая значимость работы. Полученные данные свидетельствуют о перспективности использования природных ассоциаций бактерий из ризоценозов дикорастущих тропических культур для инокуляции небобовых растений даже в условиях повышенного содержания тяжелых металлов (2л1 и СМ) в почв Наиболее эффективные ассоциации могут быть использованы для создания

высокопродуктивных и биоохранных препаратов. Спектры потребления субстратов для исследуемых ассоциаций занесены в базу данных системы «ЭКОЛОГ» для контроля качества и стандартизации свойств бактериальных препаратов без определения их таксономической структуры.

Апробация работы. Результаты исследований докладывались на научной конференции молодых ученых и специалистов МСХА в 2004 г.

Публикации результатов исследований. По материалам диссертации опубликовано 5 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка литературы (211 наименований, в т.ч. 53 на иностранных языках) и приложений (17 таблиц). Работа изложена на 136 страницах машинописного текста, содержит 30 таблиц и 11 рисунков.

Автор считает своим долгом поблагодарить своего научного консультанта к.б.н., доцента В.Ф. Волобуеву, к.б.н., доцента Г.В.Годову и сотрудников кафедр, где выполнялась данная работа. Огромную признательность выражаю также д.б.н., профессору кафедры биологии почв МГУ-им. М.В.Ломоносова П.А.Кожевину за обстоятельные консультации и содействие в проведении мультисубстратного тестирования бактериальных ассоциаций.

Объекты и методы исследований

Объекты исследований — бактериальные ассоциации №6, 23 и 25 из коллекции культур бактерий, выделенных доцентами Г .В .Годовой и Т.А.Карепиной из ризоценозов дикого тропического растения Sesbania sp. Семена и почва были привезены из Вьетнама (пойма реки Красная, почва аллювиальная, климат тропический) профессором О.Д.Сидоренко в 1990 г. Ассоциации бактерий №6, 23 и 25 характеризуются высокой нитрогеназной активностью (до 73 нмолей СгНЦ/мл среды в сутки), стабильностью доминирования составляющих популяций (рр. Bacillus и Pseudomonas) и их соотношения в ассоциациях. При инокуляции томатов и огурцов ассоциации проявили высокую эффективность (Шильникова, Годова, Каренина, 1996).

Ассоциации выращивали и хранили на картофельном агаре (Практикум, 2004).

Фунгистат ическую активность ассоциаций исследовали методом агаровых блоков (Методика, 1998). Для определения чувствительности ассоциаций к

антибиотикам использовали метод диффузии антибиотика в агар с применением бумажных дисков (Практикум, 2004) и метод отбора спонтанно возникающих мутантов на среде с градиентом концентрации антибиотика от 0 до 100 мкг/мл (Игнатова, 1982). Для выявления функциональных особенностей исс1едуемых ассоциаций бактерий, а также их влияния на спектр потребления субстратов естественных микробных сообществ после интродукции в ризосферу/ растений на примере кресс-салата использован разработанный на кафедре биологии почв МГУ метод чультисубстратного тестирования (МСТ) (Горленко, Кожевин, 1994, Оог1епко е1 а1, 1997) МСТ «ЭКОЛОГ» защищен патентом на изобретение №2140628 (Государственный реестр изобретений Российской Федерации, 27 октября 1999 г ) В основном варианте метода набор из 47 субстратов, представляющих органические соединения разных классов углеводы, аминокислоты, полимеры, амиды, амины, соли органических кислот, нуклеозиды, спирты

Вегетационные опыты были заложены в почвенной культуре в вегетационном домике кафедры агрономической и биологической химии РГАУ -МСХА им К А Тимирязева в сосудах Митчерлиха Опытные культуры - яровая пшеница сорта «Иволга» (2000-2001 гг.) и салат сорта «Азарт» (2002 2003 гг ) Азот, фосфор и калий по фону 1 вносили соответственно 0,15,0,10,0,07 г дв/кг почвы под пшеницу (с учетом поправочного коэффициента по калию - 0,7) и 0,10,0,10,0,15 г д в ./кг почвы - под салат, по фону 2, 4 вносили полуторную дозу фосфора. Азот вносили в форме МРЦЖЬ, фосфор - Са(Н2Р04)2*Н20, калий -КЖ)з под пшеницу, К^БО* под салат Тяжелые металлы вносили в 1-й год опытов в виде растворов солей 2п504*7Н20, ЗС£)804*8НгО с учетом ОДК (1995) Дозы по 2п составляли - 110 и 220 мг/кг почвы, по Сс1 - 1,0 и 2,0 мг/кг почвы Закладку, посев, уход и учет урожая проводили по общепринятой методике Повторность опытов 4-кратная

В микрополевых опытах на базе станции химической защиты растений РГАУ - МСХА им К А Тимирязева использовали яровую пшеницу сорта «Приокская», морковь сорта «Нантская 4». Подготовку почвы, расчет доз и внесение удобрений проводили по общепринятой методике для данной почвенно-климатической зоны Азотные удобрения вносили в виде МН4Ж)3 из расчета 90 кг д в Ы/га под пшеницу, 60 кг д в Ы/га - под морковь, фосфорные - в форме гранулированного суперфосфата в дозе 63 кг д в Р;05/га под пшеницу, 90 кг д в Р2Оч/га под морковь, калийные - в дозе 63 кг д в К20/га в виде КС1 под пшеницу, 120 кг д в К20/га в виде КгЗО) под морковь Расчет доз фосфорных и калийных удобрений под яровую пшеницу проводили с учетом поправочных

коэффициентов. При посеве в рядки под морковь вносили 10Ы10Р10К в виде нитрофоски. Площадь делянки —1м2, учетная площадь — 0,5 м2, повтор ность опытов 6-кратная. Посев вручную. Норма высева пшеницы 24,3 г/м2, моркови -0,76 г/м2 Уборка урожая вручную в фазу биологической спелости.

Для выявления роли ассоциаций в опытах введены варианты без инокуляции семян с дозой азота 1/3 от полной.

Почва опытов — дерново-подзолистая средиесуглинистая, содержание гумуса (по Тюрину) - 2,0-2,7%, рНКС1 - 5,7-6,2, Нг - 1,4-2,8 мг-экв/100 г, Б - 14,522,6 мг-экв/100 г, Т-16,6-24,0 мг-экв/100 г, V-85-94%, содержание подвижных форм (по Кирсанову) Р205 - 87-120 мг/кг, К20 - 127-295 мг/кг, содержание подвижных форм 2^1 — 9-17 мг/кг, Сс1 — 0,04-0,07 мг/кг

Метеорологические условия в годы исследований различались по увлажнению и теплообеспеченности. Температурные условия 2000 г., за исключением мая характеризовались как благоприятные; 2001 г. был более увлажненным, с умеренными температурами воздуха, значительное ее повышение отмечено в июле; 2002 г. характеризовался исключительно низким уровнем осадков и относительно высокой температурой; температура воздуха в 2003 г. превышала среднемноголетние значения, и только в июне она понижалась на 3,4°С.

Обеззараживание (стерилизацию) семян проводили путем намачивания в растворе нейтрального анолита с содержанием активного хлора 0,05%. Время экспозиции: 1 ч (для пшеницы), 15 мин (для салата и моркови). После обеззараживания семена для вегетационных опытов проращивали в термостате, для проведения микрополевых опытов — подсушивали до сыпучести. Инокуляцию семян проводили двухсуточными культурами микроорганизмов (титр 107-108 КОЕ/мл). Определение общей численности и качественного состава ризосферных микроорганизмов яровой пшеницы при внесении в почву 2п и С<1 проводили при снятии вегетационного опыта 2000 г., используя общепринятые методики. Общую численность и качественный состав ризосферных микроорганизмов учитывали на капустной среде №19 (Возняковская, Широков, 1958). Химические анализы почв и растений проводили согласно ГОСТам и по общепринятым методическим указаниям. Содержание тяжелых металлов определяли в почве — в растворе ААБ с рН 4,8, в растительных образцах — после сухого озоления на атомно-адсорбционном спектрометре ААС РЕКИЫ-ЕЬМЕЯ 5100РС.

Все аналитические работы проводили в 4-6-кратной повторности. Математическая обработка данных проведена методом дисперсионного анализа с

использованием программы Stars

Результаты исследований Влияние инокуляции семян бактериальными рнзоценозами на урожайность и качество растительной продукции

Урожайность н качество растительной продукции в значительной степени определялись инокуляцией семян, уровнем питания растений, а также погодными условиями вегетационных периодов В 2001 г растения имели большую биомассу и более высокую продуктивность, чем в 2002 г, когда во время вегетации наблюдались засушливые периоды

Яровая пшеница Урожайность яровой пшеницы повышалась по сравнению с фоном при внесении азотного удобрения (табл 1) Инокуляция семян способствовала увеличению урожайности культуры относительно фона в среднем на 69,2-71,7 г/ч\ по отношению к варианту с низкой дозой азота на 30,3-29,6 г/м2 в 2001-2002 гг соответственно Высокие показатели урожая стабильно сохранялись в варианте с ассоциацией №23 В данном варианте выявлено также максимальное увеличение массы 1000 зерен — в среднем за два года в 1,4 раза (относительно фона)

Таблица 1

Урожайность и структура урожая яровой пшеницы при инокуляции _ семян бактериальными ассоциациями г/мг_

Вариант | зерно солома всего корни биомасса

2001 /2002 годы

1 РК-фон 190 0/178 2 305 6/290 6 495.6/468.8 110.0/108,3 605,6/577.1

2 фон + 90И 258 3/250,0 339,2/343,8 597.5/593 8 141,6/146 0 739 1/739 8

3 фон + 3(Ж 228.9/220 3 337,6/330,0 566 5/550.3 123 2/114.0 689,7 664 3

4 фон + ЗОИ + ассоциация №6 262,5/253,1 350,8/349 5 613,3/602,6 178,0/174,7 791,3/777,3

5 фон + ЗОК + ассоциация №23 267,0/254,9 353.6/350,0 620,6/604,9 180,0/176,4 800,6/781,3

6 фон + ЗОИ -ассоциация №25 248,2 <241,6 358,4/334,2 606,6/575,8 154,8/154,2 761,4/730,0

НСР05 3.1/2.8 1.4/1.3 2,7*2 4

Внесение азотного удобрения и инокуляция семян увеличили общую биомассу яровой пшеницы и повлияли на формирование в биологическом урожае доли зерна Наибольшей долей зерна в отчуждаемой части урожая характеризовался вариант с ассоциацией №23 - 43,0 и 42,1% против 38,3 и 38,0%

по фону в 2001-2002 гг. соответственно. Соотношение зерна к соломе в вариантах с внесением полной дозы азотного удобрения и инокуляцией семян сохранялось на одном уровне - 1:1,3-1:1,4 независимо от года исследования. При отсутствии и недостатке азота повышалась доля соломы в биомассе растений и данный показатель был равен соответственно 1:1,6 и 1:1,5.

Ответная реакция растений на инокуляцию семян бактериальными ассоциациями проявилась не только в повышении урожайности культуры. Влияние бактерий сказалось и на качестве растительной продукции (табл. 2). Так, отмечалось повышение белковости зерна пшеницы. Наиболее высокие показатели независимо от года отмечались в варианте с ассоциацией №23. Следует отметить, что в условиях 2002 г. белковость зерна пшеницы была значительно выше.

Таблица 2

Качество зерна пшеницы в зависимости от инокуляции семян ассоциациями бактерий

Вариант белок, % % сырой идк,

клеиковины у.ед.

2001 /2002 годы

1.РК-фон 9,6/9,8 19,0/19,4 29/27

2.фон + 90И 13,1/14,1 26,1/28,3 58/56

З.фон + ЗОИ 10,6/10,9 21,4/22,6 31/31

4.фон + ЗОИ +ассоциация №6 13,7/14,3 27,4/28,9 60/59

5. фон + ЗОИ + ассоциация №23 14,2/14,6 29,8/30,7 63/62

б.фон + ЗОИ + ассоциация №25 12,8/14,0 25,7/28,0 54/52

НСР05 0,4/0,3 0,5/0,4 3,0/3,1

Анализ общего сбора белка с единицы площади показал, что данный параметр зависел как от урожайности культуры, так и от содержания белка в зерне. Максимальный сбор белка зафиксирован в варианте с инокуляцией ассоциацией №23, что в среднем за два года исследований составило 37,6 г/мг.

Наименьшее содержание сырой клейковины отмечалось в вариантах без внесения азотного удобрения и на фоне низкой обеспеченности азотом. Улучшение азотного питания растений, как и инокуляция семян способствовали увеличению данного показателя. Средние прибавки в вариантах с инокуляцией составили 6,2 и 6,6% в 2001-2002 гг. соответственно (относительно варианта с низкой дозой азота).

По результатам измерений упругости и эластичности клейковины, определяющих ее качество, варианты без внесения минерального азота (фон) и с внесением низкой дозы азотного удобрения характеризовались зерном II группы

(удовлетворительная крепкая клейковина) Повышение уровня азотного питания растений, а также инокуляция семян способствовали получению зерна с хорошей характеристикой клейковины I группы

Морковь Применение полной дозы азотного удобрения, как и инокуляция семян способствовали повышению урожайности моркови как в 200! г, так и в 2002 г. (табл 3) При этом различия между вариантами с применением полного минерального азотного питания и инокуляцией ассоциацией №25 практически отсутствовали. Высоким уровнем урожайности в оба года характеризовался вариант с ассоциацией №6. Прибавка урожая относительно варианта с неполной дозой азота составила в среднем за два года в 1,7 раза.

Таблица 3

Урожайность и структура урожая моркови при инокуляции семян

бактериальными ассоциациями

Вариант Масса. кг\м2 Процентное соотношение

корнеплоды ботва всего корнеплоды ботва

2001 /2002 годы

1 РК - фон 2 8 / 2,4 1.1/0.9 3,9' 3.3 71,8/72,7 28.2 / 27.3

2 фон + 60И 43/3 7 1,2/1,1 5,5/4,8 78 а /77.1 21.8/22 9

3 фон + 20И 3.3 / 2.8 1.0/ 1,1 4.3/ 3,9 71.7/71.8 28.3 / 28.2

4 фон •+■ 20М -ассоциация №6 52 / 4,9 1,6/ 1,2 6,8/6,1 76,5 / 80,3 23,5 / 19,7

5 фон + 20Ы + ассоциация №23 5,1/4,6 1,4/ 1,1 6,5/ 5,7 78,5 / 80,7 21,5 / 19,3

6 фон 20К + ассоциация №25 4,5/3.8 1,3/ 1,0 5.8/4,8 77,5/79,2 22,5 / 20,8

НСР0, 04/0,3 0.1/0.1

Повышение уровня азотного питания растений вызвало прирост биомассы растений, превышение над фоном составило в 1,4 раза в среднем за два года. Аналогичная закономерность отмечена и в вариантах с инокуляцией семян Общая биомасса растений в данных вариантах повышалась относительно фона в среднем в 1,6 раза в 2001 г и в 1,7 раза в 2002 г Процентное соотношение корнеплодов к ботве заметно варьировало по вариантам

Из химических показателей качества корнеплодов моркови наиболее важны содержание сухого вещества, Сахаров, витамина С и каротина (табл 4) Содержание сухого вещества в корнеплодах моркови в большей мере определялось погодными условиями.

В зависимости от условий выращивания менялось также содержание Сахаров, витамина С и каротина в корнеплодах моркови. Высокие значения содержания Сахаров в корнеплодах моркови отмечались по фону и в вариантах с инокуляцией семян.

Наибольшее количество витамина С в 2001 г. зафиксировано в варианте с ассоциацией №6. Наиболее высоким содержанием витамина С в 2002 г. характеризовался вариант с ассоциацией №23.

Количество каротина в вариантах с инокуляцией составило в среднем 10,1 и 11,2 мг% против 8,1 и9,бмг% по фону в 2001-2002 гг. соответственно. Максимум каротина в оба года отмечен в варианте с ассоциацией №6.

Таблица 4

Показатели качества корнеплодов моркови в зависимости от инокуляции семян

ассоциациями бактерий

Вариант сухое вещество, % сахара, % витамин С, мг% каротин, мт% нитраты, мг/кг сырой массы

2001 / 2002 годы

1.РК —фон 14,0/14,5 7,9/8,3 7,6/8,5 8,1/9,6 96,0/92,4

2.фон + 60N 14,3/15,0 6,7/7,2 9,0/11,2 9,6/10.6 141,0/124,0

З.фон + 20N 14,1/14,7 6,9/7,5 8,1/8,9 8,6/9,8 100,4/96,0

4.фон + 20N + ассоциация №6 14,2/14,9 7,6/8,1 9,2/11,7 10,9/12,2 122,1/107,1

5.фон + 20N + ассоциация №23 14,1/14,8 8,2/8,6 9,0/11,9 9,8/10,9 129,7/112,3

б.фон + 20N + ассоциация №25 14,9/15,2 7,2/7,7 8,6/11,0 9,7/10,4 130,9/121,7

HCPos 0,1/ОД ОД/ОД 0,3/0,4 0,3/0.2 5,2/4,0

Содержание нитратов в моркови не превышало утвержденных значений ПДК (Справочник, 1993) по всем вариантам. В зависимости от погодных условий наименьшее накопление нитратов в моркови было в 2002 г. Аккумуляция нитратов в вариантах с инокуляцией семян ниже варианта с полным минеральным азотным питанием на 9,5 и 8,3% в 2001-2002 гг. соответственно.

Фунги статическая активность бактериальных ассоциаций и их чувствительность к различным антибиотикам

При определении фунгистатической активности бактериальных ассоциаций использовали фитопатогенные грибы, наиболее характерные для прикорневой

зовы растений Fusarium oxysporum, F sambucmum, Rhizoctonia solani, штамм R-160, Bipolaris sorokimana

Бактериальные ассоциации обладали высоким фунгистатическим действием Наибольшей антифунгальной активностью обладала ассоциация №23, диаметр зоны иншбирования достигал 18,5-29,3 мм Для ассоциаций №6 и 25 зоны подавления роста грибов составили 14,0-28,5 мм и 13,0-24,5 мм соответственно Наиболее чувствительными тест-объектами были В sorokimana и R solani, штамм R-160, зоны подавления роста грибов достигали 16,3-29,3 мм

Для определения чувствительности ассоциаций к антибиотикам использовали ампициллин, канамицин, хлорамфеникол, стрептомицин и тетрациклин, обладающие широким спектром действия

Ассоциации обладали разной степенью чувствительности к антибиотикам, что выражалось в различии зон бакгериостатического действия. Так, ампициллин неодназначно влиял на ассоциации ассоциации №6 и 23 дали хороший рост при добавлении антибиотика в питательную среду, а ассоциация №25 незначительно ингибирована Хлорамфеникол в питательной среде характеризовался отсутствием ингибирующего эффекта в отношении всех ассоциаций. Эффект канамицина и стрептомицина на ассоциации был незначительным, за исключением ассоциации №25, на которую стрептомицин оказал сильное ингибирующее действие.

При определении чувствительности ассоциаций к антибактериальным препаратам диско-диффузионным методом диаметр зон задержки роста, за исключением ассоциации №25, не превысил 10 мм, что говорит об их устойчивости или малой чувствительности к исследуемым антибиотикам

Мультисубстратное тестирование бактериальных ассоциаций и их интродукция в ризосферу растений

Применяя метод МСТ с использованием тетразолия фиолетового -индикатора потребления субстрата, охарактеризованы ассоциации №6 и 23, показавшие наибольшую эффективность по результатам вегетационных и микрополевых опытов

Общая характеристика спектров потребляемых субстратов исследуемых ассоциаций №6 и 23, а также микробных сообществ из ризосферы растений представлена на рис 1

Рис.1. Спектры потребления субстратов для бактериальных ассоциаций №23 (bk23b) и №6 (Ькба) и микробных сообществ ризосферы растений без внесения ассоциаций (К2) и с их внесением (6а и 23Ь с интродукцией №6 и 23 соответственно).

Анализ полученных характеристик методами распознавания образов с помощью специальной компьютерной обработки позволяет сравнивать свойства сообществ, а также судить о происходящих в них изменениях. Функциональная характеристика (по результатам метода МСТ) отражает разнообразие метаболических возможностей микробных ассоциаций, проявляющееся в способности утилизировать различные источники органического углерода (Degens et al, 1997).

Дендрограммы показали, что по функциональной характеристике ассоциации существенно различаются (рис. 2).

120 —

Ин> г

8 80 : с:

60 -40 -20 ; О -

WatJ'ü M«tliuJ.S<4üiii4iJ KuCiidain

3

ьо

5

3

Рис. 2. Кластерный анализ МСТ для ассоциаций №6 и 23 (двойная повторность). В ходе анализа полученной информации установлены различия между изучаемыми ассоциациями. В первом приближении функциональный потенциал

ассоциации №23 существенно превышает таковой ассоциации №6 (20 и 13 субстратов повышенного уровня потребления соответственно) Для ассоциации №23 характерно усиление способности потребления, в частности, ряда аминокислот

Деидро граммы по результатам МСТ ризосферы кресс-салата показали, что микробное сообщество в контрольном варианте без интродуцируемых ассоциаций представлено отдельным кластером (рис. 3)

2-»0

2О0

и и 160

§ М 120

с/а

о 80

40

0

\Vanf5 М*ЛЬо<1.$чиаге4 ЕисМевд

п

сч

и

П

5

я

Рис 3 Кластерный анализ МСТ естественных микробных сообществ в ризосфере кресс-салата в контроле (К1, К2) и при внесении ассоциаций №6 (6а. 6Ь) и 23 (23а, 23Ь) (двойная повторностъ)

Интродуцируемые ассоциации оказывают сильное воздействие на ризосфер-ное микробное сообщество Проявляется и определенная специфичность микробных сообществ ризосферы в зависимости от того, какая именно ассоциация использовалась для интродукции. Однако различия между кластерами двух ассоциаций не являются принципиальными Это позволяет полагать, что наблюдаемые положительные эффекты определяются не только выживанием в той или иной степени основных популяций (алементов ассоциаций), но и, в основном, сильным воздействием, модифицирующим ход микробных сукцессий в прикорневой зоне

Влияние инокуляции семян ризоценозными ассоциациями на урожай и качество зерна яровой пшеницы на почве с повышенным содержанием Zл и С<1

На формирование урожая зерна яровой пшеницы значительно влияли инокуляция семян ассоциациями, дозы металлов и уровень минерального питания растений (табл 5, 6). Урожай культуры в вариантах с инокуляцией находился на

уровне контроля и выше в 1,3-1,5 раза вариантов без инокуляции с дозой азота 1/3 от полной Максимальной величиной характеризовался вариант с инокуляцией ассоциацией №23, прибавка урожая зерна пшеницы относительно контроля составила в среднем по обоим фонам 2,2 г/сосуд в 2000 г и 2,1 г/сосуд в 2001 г

Инокуляция семян ассоциациями существенно снизила фитотоксичность Хп и Сс1 Внесение '¿п в дозах 110-220 мг/кг почвы сопровождалось снижением урожая пшеницы в среднем на 4,0-7,7% при оптимальной и на 3,6-6,8% полуторной дозе фосфора против 7,3-10,9% и 4,0-8,0% в контроле При внесении Сё урожай снизился в зависимости от применяемых доз в контроле — на 10,914,5% и 6,0-13,6%, в вариантах с инокуляцией - в среднем на 6,6-11,0% и 6,510,5%

Повышение уровня фосфорного питания растений несколько снизило токсичность металлов С одной стороны, это можно объяснить положительным действием минерального фосфора на активность ризосферных микроорганизмов (Кураков и др , 1989, Гузев, Левин, 2001) С другой стороны, тяжелые металлы в почве взаимодействуют с фосфат-ионами и в большинстве случаев их подвижность снижается вследствие образования труднорастворимых соединений (Черных и др , 1999)

Таблица 5

Урожай пшеницы при инокуляции семян бактериальными ассоциациями, г сосуд

Вариант Доза 7.п. мг/кг почвы Вариант Доза 2гц мг/кг почвы

0 110 220 0 110 220

Ы,Р,К, - фон 1 (контроль) 19.3 19.8 17.9 18.2 17.2 17 8 К|Р,_,К, - фон 2 (контроль) 19.9 20,3 19.1 196 18.3 18 8

М10Р,К| - фон 3 14.7 14.9 13.5 13.8 П,0 13.3 N1^1 $к, - фон 4 15,0 15.2 14.2 145 13.7 13 9

фонЗ -1- ассоциация №6 19,6 19.9 18.7 19.5 18.0 18.9 фон 4 + ассоциация №6 20.9 21.2 20.1 20 8 19.4 20,0

фонЗ * ассоциация №23 21.4 21 9 20.7 21 3 19,8 20.6 фон 4 1- ассоциация №23 22 0 22.5 21,5 22,0 20.8 21,5

фон 3 + ассоциация №25 19.9 20.1 19.1 19 9 18.4 19.4 фон 4 1- ассоциация №25 21.6 22,0 2М 21,5 20.1 20.6

НСР0,А 0,2 0.3 НСР,«" 0.4/0.6 НСР05с 0,4/0.3

Примечание В числителе-опыт 2000 г, в знаменателе - опыт 2001 г.

А — доза цинка В - лоза фосфора. С - вариант инокуляции

Во 2-й год при изучении последействия 7л и С<1 отмеченные закономерности сохранялись. Урожай зерна пшеницы был выше, чем данный показатель в 1-й год. Следует отметить, что в 2001 г. сложились более благоприятные температурные условия в течение вегетации яровой пшеницы, что также сказалось на формировании урожая зерна.

Инокуляция семян положительно влияла на накопление биомассы опытной культуры, что в среднем по обоим фонам составило 49,7-50,5 г/сосуд против 47,048,1 г/сосуд в контроле в 2000-2001 гг. соответственно. Значительный прирост биомассы растений отмечался в вариантах с ассоциацией №23, что составило по отношению к контролю в среднем за два года 12,5-7,8% при оптимальной и полуторной дозе фосфора соответственно.

Внесение ¿п и С<1 в почву независимо от доз сопровождалось снижением биомассы культуры, а также массы отдельных структурных элементов (зерно, солома, корни) урожая, при этом не меняло существенно их соотношения в оба года. Соотношение зерна к соломе составило в контроле 1:1,3-1:1,4, в вариантах с инокуляцией семян - сохранялось на одном уровне, а именно 1:1,3.

Таблица 6

Урожай пшеницы при инокуляции семян бактериальными ассоциациями, г/сосуд

Вариант Доза СсЦ мг/кг почвы Вариант Доза С<1, мг/кг почвы

0 1,0 2,0 0 1,0 2,0

адК! - фон 1 (контроль) 19.3 19,8 17.2 18,6 16.5 18,0 ^Р^-фон 2 (контроль) 19.9 20,3 Ш 18,9 17 Л 18,4

ЛюРЛ-фон 3 14.7 14,9 13,4 13,9 12.8 13,2 ^дРоК, - фон 4 15.0 15Д 13.6 14,2 13.0 13,3

фон 3 + ассоциация №б 19.6 19,9 17.9 19,1 17.0 18,2 фон 4 + ассоциация №6 20.9 21,2 19.7 20,4 18.8 19,5

фон 3 + ассоциация №23 21,4 21,9 20Л 21,3 19.1 20,7 фон 4 + ассоциация №23 22.2 22,5 20.9 22,1 19.9 21,6

фон 3 + ассоциация №25 19.9 20,1 18.8 19,7 18.1 19,3 фон 4 + ассоциация №25 21.6 22,0 19.9 21.0 19.2 20,5

НСРо5А 0,3/0,3 НСР05В 0,5/0,4 НСР05с 0,5/0,3

Примечание: В числителе - опыт 2000 г., в знаменателе - опыт 2001 г.;

А — доза кадмия, В - доза фосфора, С - вариант инокуляции. Инокуляция семян также положительно влияла на накопление сырого протеина в зерне. Данный показатель находился в 2000 г. в пределах от 12,1% до

13,5%, в 2001 г — от 11,9% до 13,1% Высоким содержанием протеина в оба года характеризовался вариант с ассоциацией №23 Превышение к контролю составило в среднем по обоим фонам за два года 0,8%

7.п в дозе 110 мг/кг почвы стимулировал синтез азотистых веществ в зерне пшеницы Фитотоксичность 7л проявилась в дозе 220 мг/кг почвы, содержание сырого протеина снизилось по обоим фонам на 1,7-0,4% в контроле и в среднем на 0,9-0,4% в вариантах с инокуляцией Во 2-й год величина данного показателя была несколько ниже, чем в 1-й год, что, по-видимому связано с менее благоприятным температурным режимом вегетационного периода.

В опытах прямого действия и последействия дозы Сё способствовали накоплению протеина в зерне. Наибольшим содержанием протеина характеризовались варианты с Сй в дозе 2,0 мг/кг почвы, что составило в контроле 13,7% по обоим фонам в 2000 г и 13,0-13,2% по фону 1 и 2 соответственно в 2001 г. Количество протеина в вариантах с инокуляцией семян выше аналогичных в контроле В зависимости от доз С<1 превышение составило в среднем по обоим фонам 0,7-0,9% в 2000 г и 1,6-1,9% в 2001 г

Оценку уровня загрязнения черна яровой пшеницы тяжелыми металлами проводили на основании утвержденных ПДК для продовольственного сырья и пищевых продуктов (1986) и МДУ для кормов (1987) В контроле накопление ¿п в зерне пшеницы при дозе внесения 110 мг/кг почвы определялось уровнем фосфорного питания растений (табл 7) В варианте с оптимальной дозой фосфора содержание '¿п в зерне было выше ПДК и МДУ, что составило 51,9 мг/кг, в то время как при полуторной дозе фосфора - 49,2 мг/кг. Наибольшая аккумуляция элемента в зерне была в вариантах с повышенной дозой металла, концентрация которого была выше предусмотренных нормативов по обоим фонам Превышение значений ПДК и МДУ в вариантах с инокуляцией отмечено только при дозе '¿п 220 мг/кг почвы по обоим фонам Исключение — вариант с ассоциацией №23 на фоне лучшей обеспеченности растений фосфором В последействии аккумуляция 7л в зерне пшеницы снижалась. В вариантах с инокуляцией Тх\ не накапливался выше ПДК и МДУ даже при внесении повышенной дозы элемента, в то время как в контроле гигиенически безопасная продукция была получена только при дозе 110 мг/кг почвы

Содержание С<1 в зерне пшеницы при внесении в дозах 1,0-2,0 мг/кг почвы в оба года превышало ПДК (табл 8) Таким образом, гигиенически безопасная продукция не была получена, хотя инокуляция семян бактериальными ассоциациями значительно снизила поступление данного элемента Превышение

МДУ отмечалось при внесении максимальной дозы С<1 в контроле по обоим фонам и в варианте с ассоциацией' №25 на фоне оптимального фосфорного питания растений в оба года исследований.

Таблица 7

Содержание 2п в зерне яровой пшеницы, мг/кг_

Доза 2п, Доза Хп,

Вариант мг/кг почвы Вариант мг/кг почвы

0 110 220 0 110 220

адк, - фон 1 27.4 51.9 57.7 - фон 2 26.1 49.2 514

(контроль) 26,0 48,9 54,7 (контроль) 23,8 45,3 50,3

фон 3 + Ш 47.4 54.1 фон 4 + 24.9 45.7 52.5

ассоциация №6 24,6 40,5 46,9 ассоциация №6 22,9 39,1 43,6

фон 3 + 25,9 43.5 52.4 фон 4 + 24.2 42.1 49.2

ассоциация №23 23,7 35,8 43,1 ассоциация №23 22,5 34,9 42,3

фонЗ + 26.5 46.5 53.0 фон 4 + 25.4 44.2 51.8

ассоциация №25 24,1 39,9 45,2 ассоциация №25 23,3 37,3 43,8

НСР05а 0,3/0,4 НСР05В 0,7/0,6 НСР 05с 0,3/0,5

Примечание: В числителе-опыт 2000 г., в знаменателе - опыт 2001г.;

А — доза цинка, В - доза фосфора, С - вариант инокуляции.

Таблица 8

Содержание С<1 в зерне яровой пшеницы, мг/кг_

Доза Са, Доза Са,

Вариант мг/кг почвы Вариант мг/кг почвы

0 1,0 2,0 0 1,0 2,0

адК) - фон 1 0,03 0.23 0.56 ИзР^К) — фон 2 0.03 0.20 0.50

(контроль) 0,01 0,22 0,45 (контроль) 0,01 0,19 0,37

фонЗ + 0,02 0,16 0^7 фон 4 + 0.02 0.14 0.24

ассоциация №6 0,01 0,16 0,23 ассоциация №6 0,01 0,11 0.16

фонЗ + 0.02 0.14 0.20 фон 4 + 0.02 0.12 0.17

ассоциация №23 0,02 0,13 0,18 ассоциация №23 0,01 0,11 0,14

фонЗ + 0.03 0.21 0.34 фон 4 + 0.02 0.14 0.29

ассоциация №25 0,01 0,19 0,30 ассоциация №25 0,01 0,13 0,20

НСР05а 0,02/0,03 НСР05В 0,01/0,03 НСР03с 0,02/0,01

Примечание: В числителе - опыт 2000 г., в знаменателе - опыт 2001 г.;

А — доза кадмия, В - доза фосфора, С - вариант инокуляции.

Общая численность и качественный состав рнзосферного комплекса яровой пшеницы под влиянием Хп и Cd

Внесение в почву Тлх, особенно С<1 снизило численность ризосферного комплекса пшеницы (табл 9) Вместе с тем снижение численности микроорганизмов в варианте с ассоциацией №23 при дозах Сё 1,0-2,0 мг/кг почвы в 1,3-2,3 раза по фону 3 и в 1,1-1,6 раза по фону 4 свидетельствует о слабом влиянии элемента во вносимых концентрациях

Таблица 9

Количественный и качественный состав ризосферы пшеницы при внесении в

почву Zn и Cd при инокуляции семян ассоциацией №23

Вариант Ризосфера

чистенность млн КОЕ/г сухой почвы в тч, %

Bacillus Pseudomonas Mvcoba-cterium актияоми-цеты другие

N oPiK] - фон 3 / Ni/iPiOCi — фон 4

0 23,7 / 28.4 21/24 36/35 30/30 5/ 5 8/6

19.5/25.1 16/ 19 34/36 32/32 9/6 9/7

ZD220 14.8 / 20 2 14/ 19 38/35 31/30 3/7 14/9

Cd,.o 17,6/24.9 18/20 36/32 34/30 5/5 7/13

Cdi0 10,2/18.2 14/16 3S/33 33/31 2/5 16/15

Существенных изменений в качественном составе и соотношении ризосферных микроорганизмов пшеницы с внесением в почву Zn и Cd не произошло Практически не изменилась доля псевдомонад в общей массе изолируемых микроорганизмов, что, по-видимому, связано с особенной метаболической универсальностью Pseudomonas чр (Кравченко, 2000) Численность микобактерий также осталась относительно стабильной. Возможно, это связано с их повышенной толерантностью к тяжелым металлам, так как предполагается, что пигментированные микроорганизмы и те, которые выделяют пигменты в среду, могут связывать металлы в нетоксичные комплексы (Левин и др, 1989) Отмечено некоторое снижение доли бацилл Определенной закономерности в изменении численности актиномицетов не наблюдалось

Урожай и качество салата при инокуляции семян ризоценозными ассоциациями на почве с повышенным содержанием Zn и Cd

Реакция растений салата зависела от инокуляции семян ассоциациями бактерий, уровня минерального питания и концентрации Zn и Cd в почве (табл 10, 11) При инокуляции урожай растений в оба года исследований был на уровне контроля и выше относительно варианта с низкой дозой азота в среднем

по обоим фонам на 10,3% в 2002 г. и на 8,5% в 2003 г.

Дозы Хп неодинаково влияли на урожай салата. 2л в дозе 110 мг/кг почвы повысил урожай культуры в контроле на 16,7% при одинарной и на 13,2% полуторной дозе фосфора, в вариантах с инокуляцией - в среднем на 15,9-18,0%. Отрицательное действие Хп — снижение урожая зеленой массы салата соответственно на 13,5-9,8% и 10,9-8,8% проявлялось при дозе 220 мг/кг почвы. Повышение уровня фосфорного питания растений несколько снижало токсичность 2X1.

Таблица 10

Урожай салата при инокуляции семян бактериальными ассоциациями, г/сосуд

Доза Доза Ъп,

Вариант мг/кг почвы Вариат- мг/кг почвы

0 110 220 0 110 220

- фон 1 136.0 158.7 117.7 ор,¿К,-фон 2 142 Л 161.0 128Л

(контроль) 138,9 160,8 120,3 (контроль) 144,1 163,4 134,3

МшР^-фон 3 120.3 129.8 89,2 М1/3Р1,5К, - фон 4 129.0 136.7 92.3

127,9 129,7 96,4 130,5 137,0 98,6

фон 3 + 132.2 162.8 121.5 фон 4 + 135.1 167.4 123.7

ассоциация №6 135,6 164,7 129,5 ассоциация №6 139,4 171,7 132,4

фон 3 + 136.0 152.9 120.1 фон 4 + 142,8 160,0 128.1

ассоциация №23 138,6 154,0 124,9 ассоциация №23 145,6 171,4 135,0

фонЗ + 136.9 153.5 119.3 фон 4 + 141.4 166.9 130.3

ассоциация №25 139,3 161,0 119,6 ассоциация №25 142,3 173,4 133,5

НСР05А 5,7/4,8 НСР058 2,8/3,3 НСР05с 1,5/1,9

Примечание: В числителе — опыт 2002 г., в знаменателе - опыт 2003 г.;

А—доза цинка, В - доза фосфора, С-вариант инокуляции.

При внесении С<1 явного фитотоксичного эффекта не наблюдалось. С<1 в дозе 1,0 мг/кг почвы оказал стимулирующее действие на урожай салата в контроле на 6,3-4,1%, в вариантах с инокуляцией семян —в среднем на 12,1-16,4% при оптимальной и полуторной дозе фосфора соответственно. Внесение повышенной дозы (2,0 мг/кг почвы) элемента не влияло на урожай культуры.

Подобные зависимости сохранялись во 2-й год при последействии 2я и Сё.

Применение инокуляции семян (ассоциации №6, 23 и 25) повышало сахаристость салата в среднем по обоим фонам на 0,3-0,2% в 2002-2003 гг. соответственно, содержание витамина С возрастало в 1,3 раза в оба года (относительно варианта с низкой дозой азота). Аккумуляция нитратов в листьях

салата ниже контроля на 18,0% в 2002 г. и на 13,5% в 2003 г.

Таблица 11

Урожай салата при инокуляции семян бактериальными ассоциациями, г/сосуд

Доза С4 Доза СсЦ

Вариант мг/кг почвы Вариант мг/кг почвы

0 1 0 2,0 0 1 0 20

адк, - фон 1 136.0 144.6 136.1 И.РиК, - фон 2 142,2 148.11 140.8

(контроль) 138.9 148.7 136.4 (контроль) 144.1 53.9 144.3

МшР,К,-фон 3 120,3 123.2 105,4 К, 3Р| 5К1 -фон 4 129.0 128,61 114.6

127 9 135.1 108,6 130.5 36 5 128,8

фон 3 + 132,2 150.5 132.3 фон 4 + 135.1 160,21 135.5

ассоциация №6 135 6 167 6 133 0 ассоциация №6 139.4 77,6 135,7

фон 3 + 136.0 154,0 135,6 фон 4 +• 142.8 161,31 141.6

ассоциация №23 138.6 158.2 135 3 ассоциация №23 145,6 63,8 142.8

фон 3 + 136,9 149.7 П6,1 фон 4 + 141.4 166,41 138.7

ассоциация №25 1393 151,5 136.9 ассоциация №25 142 3 75.7 139 1

НСР0,А 5.0/4,6 НСР„,В 3.7/3 1 НСР„<с 1.3/2 0

Примечание В числителе — опыт 2002 г, в зиаменатете — опыт 2003 г,

А — доза кадмия В - доза фосфора. С - вариант инокуляции Внесение '¿п и С<1 привело к изменению накопления витамина С и Сахаров в листьях салата. Содержание витамина С снижалось в оба года исследований При этом отмечалась несущественная изменчивость в накоплении Сахаров в зависимости от вносимых доз металлов В 2003 г в вариантах с инокуляцией отчетливо наблюдалось увеличение данного параметра с внесением Хп в дозах 110-220 мг/кг почвы Некоторое повышение сахаристости салата с внесением разных доз Сс1 отмечалось в вариантах с ассоциацией №23 Следует отметить, что 2003 г. характеризовался более благоприятными температурными условиями, что способствовало большему накоплению витамина С и Сахаров в салате

При внесении 7л1 и С<1 четко прослеживается тенденция снижения содержания нитратов в растениях салата Содержание нитратов в контроле было выше ПДК (Справочник, 1993), за исключением варианта с внесением повышенной дозы С(1 по фону 2 в 2002 г Превышение значений ПДК отмечалось в вариантах с ассоциациями №6 и 25 Наиболее безопасная продукция получена в варианте с ассоциацией №23, где изучаемый показатель был ниже нормы

Листовые овощи, вследствие высокой вариабельности концентрации химических элементов, являются основным и наиболее опасным источником

поступления тяжелых металлов в организм человека. Содержание металлов в листьях салата было ниже допустимых норм ПДК (табл. 12,13).

Таблица 12

Доза 7л, Доза 2л,

Вариант мг/кг почвы Вариант мг/кг почвы

0 110 220 0 НО 220

М,Р,К, - фон 1 41 15.6 21.1 - фон 2 М 14.9 18.7

(контроль) 4,0 12,0 17,4 (контроль) 3,6 11,1 12,3

фонЗ + Ш 10.1 15.5 фон 4 + 2,9 м 12,5

ассоциация №6 3,4 10,0 15,4 ассоциация №6 2,4 8,0 10,7

фон 3 + М 10.9 15.8 фон 4 + 12. Ц 13.7

ассоциация №23 3,1 10,4 15,5 ассоциация №23 2,9 9,3 па

фонЗ + м 11.0 16.3 фон 4 + ы м 14.4

ассоциация №25 3,3 10,5 16,3 ассоциация №25 3,0 9,6 12,2

НСР05а 2,4/3,2 НСР05В 1,3/0,9 НСР05с 1,0/0,8

Примечание: В числителе - опыт 2002 г., в знаменателе - опыт 2003 г.;

А - доза цинка, В - доза фосфора, С — вариант инокуляции.

Таблица 13

_Аккумуляция кадмия в салате, мг/кг сырой массы_

Вариант Доза С(1, мг/кг почвы Вариант Доза Са, мг/кг почвы

0 1,0 2,0 0 1,0 2,0

М,Р,К, - фон 1 0.02 0.06 0.13 N^1,5X1-фон 2 0.02 0.04 0.10

(контроль) 0,02 0,04 0,09 (контроль) 0,01 0,03 0,06

фон 3 + 0.02 0.05 0.08 фон 4 + 0.02 0.03 0.07

ассоциация №6 0,01 0,03 0,05 ассоциация №6 0,01 0,02 0,04

фон 3 + 0.02 0.05 0.10 фон 4 + 0.02 0.04 0.09

ассоциация №23 0.02 0,03 0,06 ассоциация №23 0,01 0,02 0,06

фонЗ + 0.02 0.06 0.11 фон 4 + 0.01 0.04 0.07

ассоциация №25 0,02 0,04 0,07 ассоциация №25 0,02 0,02 0,07

НСР05а 0,04/0,03 НСР05В 0,02/0,01 НСР05с 0,01/0,01

Примечание: В числителе - опыт 2002 г., в знаменателе—опыт 2003 г.;

А - доза кадмия, В - доза фосфора, С — вариант инокуляции. Внесение Хт\ и Сс1 в почву вызывало накопление элементов в растениях выше ПДК, за исключением вариантов с инокуляцией семян на фоне лучшей

обеспеченности фосфором при внесении 2п в дозе 110 мг/кг почвы в оба года и Cd в дозе 1,0 мг/кг почвы на 2-й год

Максимальная аккумуляция Zn и Cd в растениях салата наблюдалась при прямом действии, в последействии она снижалась

Выводы

1 Бактериальные ассоциации из ризоценозов дикорастущих тропических культур №6, 23 и 25 повышают урожай яровой пшеницы («Иволга» и «Приокская»), салата («Азарт») и моркови («Нантская 4») в вегетационных и микрополевых опытах Полученный эффект не уступает действию азотного удобрения (полной дозы), а в некоторых случаях превосходит его Влияние бактерий сказалось и на качестве растительной продукции Отмечен прирост биомассы растений, повышение белковости зерна пшеницы, содержания клейковины и улучшение ее качества. В овощных культурах повышалось содержание Сахаров, витамина С (у салата и моркови), каротина (у моркови) и в то же время установлено снижение накопления нитратов (в салате и моркови)

2 В лабораторных опытах выявлена высокая антифунгальная активность ассоциаций, особенно №23, к видам фитопатогенных грибов рр Fusarium, Rhizoctonia, Bipolarts, активно колонизирующих прикорневую зону растений, а также - высокая устойчивость к антибиотикам, обладающим широким спектром действия (ампициллин, канамицин, хлорамфеникол, стрептомицин и тетрациклин)

3 Наиболее эффективные в вегетационных и микрополевых опытах ассоциации №6 и 23 охарактеризованы по спектрам потребления субстратов (стандартного набора субстратов, применяемых при тестировании). Показано, что по функциональной характеристике ассоциации существенно различаются Функциональный потенциал ассоциации №23 выше такового ассоциации №6 Спектры потребления субстратов ассоциаций занесены в базу данных «ЭКОЛОГ» и могут использоваться для контроля качества и стандартизации свойств без оценки таксономической структуры

4 Установлен спектр потребления субстратов до и после интродукции ассоциаций №6 и 23 в ризосферу растений (на примере кресс-салата). Природные микробные сообщества ризосферы кресс-салата без интродуцируемых ассоциаций представлены отдельным кластером Кластерная характеристика МСТ ассоциаций №6 и 23 дает картину достоверных изменений функциональных свойств вводимых ассоциаций и позволяет заключить, что они приживаются в новом биотопе

5.Внесение Zn (110-220 мг/кг почвы) и Cd (1,0-2,0 мг/кг почвы) в зависимости от доз снижало урожай зерна пшеницы, сорт «Иволга» в контроле (без инокуляции) в среднем по обоим фонам на 5,7-9,5% и 8,5-14,1% в 2000 г. и на 5,8-8,8% и 6,5-9,3% в 2001 г. Инокуляция семян пшеницы ассоциациями, особенно №23, снижала фитотоксичность металлов. Наименьшим содержанием металлов в оба года характеризовались варианты с ассоциацией №23. Аккумуляция Zn в зерне в зависимости от доз ниже контроля в среднем по обоим фонам на 15,310,2% в2000г. и на 24,9-18,6% в 2001 г., Cd-на39,6-65,2%и41,5-61,1%.

6.Внесение в почву Zn и Cd при одновременной инокуляции семян ассоциацией №23 практически не влияет на численность и качественный состав ризосферного комплекса яровой пшеницы. Доминантами остаются Bacillus, Pseudomonas и Mycobacterium.

7Лри внесении Zn в дозе 110 мг/кг почвы и Cd в дозах 1,0-2,0 мг/кг почвы выраженной токсичности металлов на урожай салата не наблюдалось. Отрицательное действие оказала повышенная доза Zn (220 мг/кг почвы). При инокуляции наибольшим детоксикационным эффектом характеризовалась ассоциация №6, допускающая также наименьшую аккумуляцию металлов в салате. Содержание Zn и Cd в зависимости от доз ниже контроля в среднем по обоим фонам на 39,5-29,9% и 20,9-34,3% в 2002 г. и на 22,3-12,3% и 29,2-38,9% в 2003 г.

Основные положения диссертации изложены в следующих печатных работах:

1. Казарова Т.М., Годова Г.В., Шильникова В.К. Эффективность бактериальных ассоциаций при их интродукции в ризоценозы // Сельскохозяйственная микробиология в XIX-XXT веках. Тез. докл. всероссийской конф 14-19 июня 2001г.-С-Пб, 2001.-С.57.

2. Годова ГЛ., Казарова Т.М., Костина Н.М. Применение электроактивированного раствора в микробиологических исследованиях // VIII Российский национальный конгресс «Человек и лекарство». Тез. докл 2-6 апреля 2001 г.-М, 2001.-С.556.

3. Казарова Т.М. Эффективность инокуляции бактериальными ассоциациями пшеницы при внесении в почву Zn и Cd // Материалы научной конференции молодых ученых и специалистов МСХА 8-9 июня 2004г. - М.: Изд-во МСХА, 2005.-С.205-213.

4. Казарова Т.М., Волобуева В.Ф.. Роль интродуцируемых бактериальных

ассоциаций в ризоценозе пшеницы на почве с повышенным содержанием 7,п // Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии - М Изд-во МСХА, 2004 - Вып 4 - С 74-80 5. Казарова Т М, Волобуева В Ф. Использование бактериальных ризоценозов дикорастущих тропических бобовых культур для снижения токсигенного в отношении растений пшеницы эффекта кадмия // Актуальные проблемы почвоведения, агрохимии и экологии Сб. статей /Ред ННДубенок-М Изд-во МСХА, 2004 - С 389-393

1,5 печ. л.

Зак. 344.

Тир. 100 экз.

Центр оперативной полиграфии ФГОУ ВПО РГАУ - МСХА им. К.А. Тимирязева 127550, Москва, ул. Тимирязевская, 44

f. . . V}

I? V /с. ''

^ it*-*.'. ' . . .5 a, '< > r /¿r}*. '

густ - ' 'V<;"t. ■> . O'r^ :

oyt дс —

otx, f' -I \ ' '

V