WWW.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 

Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 17 |

«Национальная академия наук Украины Институт микробиологии и вирусологии им. Д. К. Заболотного Институт биоорганической и нефтехимии Межведомственный ...»

-- [ Страница 2 ] --

Таким образом, ризосферные микроорганизмы могут участвовать в освоении филло- и эндосферы [1172].

Система корень—микробное окружение формируется на самых ранних стадиях роста проростков. При этом отдельные участки корня с местами обитания микроорганизмов существенно отличаются. Так, при изучении особенностей формирования микрофлоры ризопланы и ризосферы гороха в условиях вегетационного опыта было установ лено, что гетерогенность корня в ризоплане проявляется больше, чем в ризосфере, микрофлора которой отражает сукцессионные процессы в окружающей почве. В то же время динамика численности и струк туры грибного и бактериального сообществ определяются преимущест венно за счёт средней части корня, а динамика актиномицетов — за счёт его апикальной части. По данным М. Х. Образцовой и соавт. [379], биомасса грибного мицелия в ризосфере мало изменялась в период наблюдения и составляла 82–93 % биомассы микробного ценоза в целом;

на долю бактерий и актиномицетов приходилось 0,8–13 %;

в ризоплане доля биомассы грибного мицелия возрасла с 50 до 70 %, а актиномицетов и спор существенно снизилась (рис. 8).

При изучении распределения интродуцированных азотфиксирую щих микроорганизмов в нестерильной почве прикорневой зоны риса было установлено, что влияние выделений на диазотрофы проявля ется на расстоянии до 3 мм от корня (табл. 4). При этом аэробные микроорганизмы концентрировались в ризоплане, а факультативно анаэробные и анаэробные — в ризосфере. Повышение численности азотфиксаторов на расстоянии 4,5–7,5 мм от корня по сравнению с ризопланой авторы объясняют усвоением этими микроорганизмами питательных веществ почвы [546].

Рис. 8. Динамика накопления биомассы бактерий (Б), спор грибов (СГ), мицелия актиномицетов (МА) и грибов (МГ) в ризосфере (І) и ризоплане (ІІ) гороха [379]:

N — общая биомасса, % таблица 4. Распределение азотфиксирующих микроорганизмов в нестерильной почве прикорневой зоны риса [546] Расстояние от корня, П р и м е ч а н и е. КОЕ — колониеобразующие единицы Исследователями была отмечена связь между несимбиотической азотфиксацией и типом почвы, проявляющаяся в усилении актив ности процесса по мере продвижения от дерново-подзолистой почвы к чернозёму с последующим снижением в каштановой и серозёмной почвах (табл. 5) [355].

Данные, полученные при изучении микробных сообществ ризосфе ры различных сельскохозяйственных культур, представлены в табл. 6 и отражают влияние типа почвы, вида растений и предпосевной иноку Корневая система растений — сфера их взаимоотношений с микроорганизмами таблица 5. Общая несимбиотическая азотфиксация в пахотных почвах Серая лесная и серая лесная оподзоленная * Количество остатков для средних урожаев.

таблица 6. Численность микроорганизмов в ризосфере разных сельскохозяйственных культур [548] Озимая пшеница (фаза цветения) Озимый ячмень (фаза цветения) Сорго (фаза цветения) Сахарная свёкла (на корнеплоды) Сахарная свёкла (на семена) ляции на численность микроорганизмов. Так, в чернозёме южном в ризосфере сорго микроорганизмов было соответственно в 1,8 и 2 раза меньше, чем в ризосфере озимых пшеницы и ячменя.

В чернозёме оподзоленном спектр микроорганизмов шире. При этом в ризосфере ячменя аммонификаторов и актиномицетов было в 1,4–3 раза больше, чем в ризосфере сахарной свёклы, в которой преоб ладали микроскопические грибы [548]. Полученные данные созвучны с выводом Н. А. Красильникова [277] о том, что основным фактором формирования комплекса ризосферных бактерий является растение.

Из 33 видов микроорганизмов, выделенных из ризосферы злако вых культур, возделывавшихся на серой лесной почве, 20 оказались общими для прикорневой зоны яровой пшеницы, озимой пшеницы и озимой ржи. При относительной близости видового состава микро флоры наибольшая численность её выявлена в прикорневой зоне яровой пшеницы за счёт увеличения доли анаэробов. Самое высокое соотношение аэробы/анаэробы наблюдалось в микробном сообществе ризосферной почвы озимой ржи. Во всех вариантах доля актиноми цетов была более 10 % [450].

Другими авторами [1170] было установлено, что в ризосфере зерновых культур, выращивавшихся на илистых почвах Китая, фосфат растворяющих и минерализующих лецитин бактерий и грибов было в 5–10 раз больше, чем вне ризосферы. В ризосфере молодых растений доля фосфатрастворяющих бактерий составляла 90 % общего числа выделенных микроорганизмов круговорота фосфора. К моменту сбора урожая их доля снижалась до 20 %. Вне ризосферы доминировали представители рода Bacillus, в то время как в ризосфере — представи тели родов Pseudomonas, Enterobacter, Penicillium и Streptomyces. Суще ственные различия были выявлены и при сравнительном анализе микроорганизмов ризосферы злаковых культур, выращиваемых на дерново-подзолистой почве. Хотя в ризосфере кукурузы общая числен ность микроорганизмов была в 3 раза меньше, чем в ризосфере ячме ня или вико-овсяной смеси, микробное сообщество отличалось наибольшей стабильностью в соотношении численных показателей бактерии/актиномицеты/грибы [404, 405].

О положительном эффекте растительно-микробных взаимодейст вий свидетельствуют результаты изучения микрофлоры ризосферы многолетних бобовых трав — козлятника, клевера и люцерны [562].

Численность микроорганизмов в их прикорневой зоне летом и осенью достигала соответственно 28,5 • 106 КОЕ/г почвы и 14,8 • 106 КОЕ/г почвы, а в контроле (почва без посевов бобовых трав) не превышала (6–6,5) • 106 КОЕ/г почвы. По результатам других опытов [45], в качественном составе микробиоценоза люцерны преобладали бакте рии (85 %), на долю актиномицетов и грибов приходилось соответ ственно 5–6 % и 8–9 %.

Изучение запасов и структуры микробной биомассы в почвах разных угодий выявило сезонные особенности и зависимость их от степени окультуренности [423]. Из данных, представленных на рис.

9, видно, что биомасса прокариот составляла несколько тонн на 1 га и летом она выше, чем осенью. Биомасса эукариот в почве под лесом больше, чем в огородной или почве пашни. Если в дерново подзолистой почве к осени увеличение показателей прослеживалось на всех опытных участках, то в серой лесной — только на участках огорода и пашни.

Корневая система растений — сфера их взаимоотношений с микроорганизмами Рис. 9. Запасы микробной биомассы в дерново-подзолистой (А) и серой лесной (Б) почвах леса, огорода и пашни [423]:

I — биомасса прокариот;

II — биомасса эукариот;

— лето;

— осень Общим для структуры микробного сообщества было уменьшение доли бактерий, мицелия актиномицетов и спор грибов в почве леса, огорода и пашни в осенний период (рис. 10). В почве под лесом доля грибного мицелия была наибольшей и составляла 91–96 % всей биомассы. В почве огорода и пашни этот показатель мало различал ся и колебался соответственно в пределах 59–78 % и 48–83 %. Полу ченные данные, по мнению авторов [423], можно использовать для оценки экологического состояния почвы и степени его нарушения.

Состав микрофлоры ризосферы достаточно динамичен и изме няется не только под влиянием климатических (сезонных) и антро погенных факторов, но и с возрастом растений. Так, бациллы, акти номицеты и целлюлозоразрушающие микроорганизмы в ризосфере молодых растений либо не встречаются, либо присутствуют в неболь шом количестве, и появляются на более поздних стадиях развития растений, что прослеживается на примере пшеницы (табл. 7). Это Рис. 10. Структура микробного сообщества (лето, осень) в различных угодьях дерново-подзолистой почвы [423]:

— биомасса бактерий;

— мицелий актиномицетов;

— мицелий грибов;

дало возможность специалистам [349] сделать вывод о том, что указанные группы микроорганизмов живут не столько за счёт экзо осмоса растений, сколько за счёт веществ, освобождающихся в процессе минерализации отмерших корней.

таблица 7. Количество микроорганизмов основных таксонов в ризосфере пшеницы, · 103 КОE/г почвы [349] Фаза развития Круговорот азота в природе является сложной системой, в кото рой почвенным, в том числе ризосферным, микроорганизмам принад лежит ключевая роль, особенно в процессах фиксации атмосферного азота, аммонификации, нитрификации и денитрификации.

По расчётам, сделанным Е. Н. Мишустиным и соавт. [353], со всей поверхности суши ежегодно в круговорот вовлекается около млн тонн азота, значительная часть которого накапливается за счёт биологической азотфиксации.

Корневая система растений — сфера их взаимоотношений с микроорганизмами В настоящее временя в ризосфере диких и культурных растений выявлено более 30 видов хемоорганогетеротрофных и фототрофных организмов, способных фиксировать азот атмосферы.

Процесс связывания азота атмосферы является энергоёмким (на 1 кг фиксированного азота расходуется 100–200 г глюкозы), возмож ность его осуществления эволюционно «сблизила» микроорганизмы и высшие растения, корневые выделения которых диазотрофы исполь зуют в качестве источника питания и энергии. При этом сахара индуцируют процесс азотфиксации, а органические кислоты являют ся дополнительным селективным фактором [541, 655].

Среди азотфиксирующих микроорганизмов есть свободножи вущие ассоциативные и симбиотические. Обитая в ризосфере, свободноживущие азотфиксаторы могут заселять и ризоплану расте ний, однако с разной эффективностью. Так, при работе со штам мами азотобактера, выделенными из разных почв Украины, мы отметили их разную приживаемость на корнях томатов и огурцов (табл. 8).

таблица 8. Колонизация корней овощных культур штаммами Штамм азотобактера Ассоциативные азотфиксаторы проявляют способность связывать азот при условии непосредственного взаимодействия с растениями.

Они обитают в ризосфере, ризоплане и могут проникать в ткани корня — гистосферу. К ассоциативным азотфиксаторам относятся представители родов Azospirillum, Agrobacterium, еnterobacter и Pseudomonas.

У ассоциативных азотфиксаторов прослеживается некоторая приуроченность к определённому виду растений. В тканях корня райграса активно размножаются Azospirillum lipoferum, Agrobacterium radiobacter, овсяницы — Bacillus polymyxa, тимофеевки — Bacillus subtilis и Enterobacter aerogenes. Из корневой зоны злаковых культур, в том числе озимой пшеницы, были выделены представители родов Bacillus, Enterobacter, Azospirillum, Clostridium, Agrobacterium, Achromobacter, Azotobacter, Serratia, Herbaspirillum, Klebsiella и другие, что свидетельствует о возможности образования и функционирования многокомпонентных азотфиксирующих сообществ [397].

В вегетационном опыте с ненарушенной системой почва-корни было выявлено стимулирующее влияние всех изученных небобовых растений на активность процесса азотфиксации. Нитрогеназная актив ность монолитов почвы с растениями была выше, чем в почве без растений, что, по мнению исследователей [329], связано с процессом использования диазотрофами корневых выделений в качестве источ ников питания и энергии. Уровень биологической азотфиксации в ризоплане был в 100–1000 раз выше, чем в ризосфере (табл. 9).

таблица 9. Активность азотфиксации в ризосфере небобовых растений, Многие авторы объясняют положительное действие ассоциатив ных азотфиксирующих бактерий тем, что они улучшают азотное пита ние растений, связывая атмосферный азот и поставляя его корням растений. Однако исследования, проведённые с применением ацетилен-редуктазного метода и изотопного 15N разбавления, приве ли к неоднозначным выводам [942, 1137]. Например, в опытах с сахарным тростником было показано, что ассоциативные азотфикси рующие бактерии значительно усиливают поступление азота в расте ние и что маркёрные nif H-гены азотфиксации у Azospirillum и Azoarcus Корневая система растений — сфера их взаимоотношений с микроорганизмами rhizobacteria экспрессировались, если бактерии находились в ассо циации с корнями пшеницы и риса соответственно [718, 1143]. По мнению других авторов [618, 619], экспрессия nif H-генов и повы шенная азотфиксация в клетках бактерий не означают, что фикси рованный азот будет полностью переходить в растение. На мутантах Azospirillum brasilense, дефицитных по азотфиксации, было показано, что при обработке семян томата этой культурой стимулирующее действие бактерий на растения не было связано с функцией азот фиксации.

В других экспериментах с инокуляцией [640, 979] ассоциативны ми азотфиксирующими бактериями также не был подтверждён значи тельный вклад бактерий в азотное питание растений. Количество NH 4, фиксированного ассоциативными азотфиксаторами, которое они транспортировали растению, не превышало микромолярных концентраций [622]. На основании полученных результатов была выдвинута гипотеза, что положительное влияние на растения PGPR (в том числе и ассоциативных азотфиксирующих бактерий) связано с тем, что они продуцируют фитогормоны, под действием которых активизируется развитие латеральных корней растения, играющих определяющую роль в поглощении питательных веществ из почвы [634, 1004]. Подтверждено влияние микробных ауксинов и цитоки нинов на морфогенез корней [1004, 1102].

Известно, что этилен оказывает ингибирующее влияние на рост корней. В то же время, некоторые PGPR продуцируют фермент аминоциклопропандезаминазу, который гидролизует редшественник этилена [1080].

Другим аспектом действия фитогормонов бактерий является их влияние на ионные системы транспорта питательных веществ корня ми. Так, было отмечено, что растения, инокулированные Azospirillum, более активно поглощают из почвы азот, фосфор, калий и другие микроэлементы [980].

Положительную роль микрофлоры ризосферы в жизни растений характеризуют и такие аспекты как способность микроорганизмов продуцировать и выделять во внешнюю среду биологически активные вещества, в том числе аминокислоты, витамины, ростактивирующие вещества ауксиновой природы и вещества, подавляющие развитие фитопатогенных бактерий и грибов. Такие свойства были обнаруже ны различными авторами [27, 347, 439, 476, 549, 557, 716, 717, 733] у свободноживущих, ассоциативных и симбиотрофных азотфиксато ров, некоторых фосфатмобилизирующих бактерий и актиномицетов.

Все они были выделены из ризосферы овощных, злаковых и техни ческих культур, произраставших на разных типах почвы.

Нередко один и тот же штамм способен проявлять одновремен но два и больше свойств. Для примера приведём полученные нами данные при работе со штаммами азотобактера, которые активно фиксировали азот атмосферы, продуцировали ростактивирующие вещества и проявляли антагонистическое действие по отношению к фитопатогенам (табл. 10, 11).

таблица 10. Антагонистическое действие штаммов азотобактера на Agrobacterium tumefaciens Xanthomonas campestris Corynebacterium michiganense Pseudomonas syringae Erwinia carotovora таблица 11. Антагонистическое действие штаммов азотобактера азотобактера F. culmorum F. oxysporum F. sambucinum F. gibbosum F. avenaceum Способность проявлять антагонизм к фитопатогенным бактериям и грибам была выявлена и у других ризосферных микроорганизмов.

Так, P. fluorescens CHAО и некоторые другие представители рода выделяют 2,4-диацетилфлороглюцинол, подавляющий патогенные грибы [838]. Антагонистическая активность по отношению к фито патогенным грибам была выявлена и у некоторых фосфатмобилизи рующих бацилл [439].

Корневая система растений — сфера их взаимоотношений с микроорганизмами Ризосферные микроорганизмы обладают уникальным свойством оптимизировать среду обитания растений. Было установлено, что значительная часть микроорганизмов ризосферы растений на дерново подзолистой почве, токсичной по алюминию, представлена кислото устойчивыми и алюмотолерантными популяциями. У этих микро организмов имеются механизмы, обеспечивающие устойчивость к токсичным свойствам водорода и ионов алюминия, а также способ ность кондиционировать среду, сдвигая в результате метаболизма рН на 1–2,5 ед. в нейтральную сторону. Всё это способствует повышению адаптивности растений к условиям среды. По мнению исследователей [554, 557] эти микроорганизмы могут играть роль протекторов для других ризобактерий, стимулирующих рост и развитие растений.

В опытах с томатами и перцами показано [929, 930], что иноку ляция рассады штаммами Achromobacter piechaudii, выделенными из засоленных и засушливых почв, снижали отрицательное последствие солевого и водного стресса у растений, выращиваемых в экстремаль ных условиях аридного региона.

О возможностях природных сообществ микроорганизмов можно судить по результатам изучения микрофлоры засоленных почв и солончаков. Хотя известно, что засоленные почвы биологически мало активны, из ризосферы хлопчатника был выделен солеустойчивый активный штамм фосфатминерализующих микроорганимов рода Bacillus, который обеспечивал высокую всхожесть семян и нормальное развитие растений [371].

На солончаках трёх разных регионов заселённость корней расте ний бактериями составляла •103–105, реже •107 КОЕ/г почвы и была того же порядка, что и контаминация надземных частей. Однако таксономическая структура микробных сообществ существенно меня лась (табл. 12). В надземных частях растений доля спорообразующих и коринеподобных микроорганизмов составляла 60–70 %;

в опаде на поверхности соляных корок 70 % составляли грамотрицательные микроорганизмы;

в минеральных горизонтах почвы доминировали спорообразующие микроорганизмы — 98 % [320].

Одним из простых интегрированных критериев оценки состояния почвы, в том числе ризосферы, принято считать показатели основ ного, или нативного (Vbas) и субстратиндуцированного (Vsir) дыхания, а также рассчитанный на основе этих данных метаболический коэф фициент — qCO2, определяемый как отношение показателей базово го дыхания к индуцированному. Данные, полученные на большом количестве почв разного типа, показали, что при оптимальной темпе ратуре и влажности значение коэффициента 0,1 свидетельствует о недостатке в почве питательных веществ;

0,2–0,3 и выше — о небла таблица 12. таксономическая структура сапрофитного бактериального комплекса в различных субстратах солончаков [320] Зелёная масса Methylobacterium, Bacillus, Micrococcus, Rhodococcus, Clavibacter растений Сухая масса Bacillus, Micrococcus, Rhodococcus, виды порядков Cytophagales и растений Myxobacteriales Соляная корка Bacillus, Micrococcus, Rhodococcus, Cellulomonas, Promicromonospora, с опадом Geodermatophilus, виды порядков Cytophagales и Myxobacteriales, Голая соляная Bacillus, Micrococcus, Rhodococcus, Halobacterium, Halococcus корка Почва Bacillus, Streptomyces гоприятных климатических условиях или антропогенном воздействии;

около 1 — об интенсивных процессах минерализации органических веществ в почве [57, 59, 1050]. Для примера приведём результаты, полученные цитированными авторами при изучении интенсивности дыхания подстилки в различных ценозах (рис. 11).

Некоторые специалисты [61–64] для оценки метаболического разнообразия микробных сообществ предлагают использовать индекс Корневая система растений — сфера их взаимоотношений с микроорганизмами ауксотрофности почв, который рассчитывают как отношение макси мальной удельной скорости роста микроорганизмов на глюкозе к максимальной скорости роста на дрожжевом экстракте µ гл/ µ дэ).

Установлено, что при длительном использовании почв под пашню этот показатель возрастает, а разнообразие микроорганизмов снижается.

Накопленные в литературе данные о численности и физиологи ческой активности отдельных эколого-трофических групп микроор ганизмов не могут дать исчерпывающей информации о биоразноо бразии микробного сообщества почв и его зависимости от действия природных и антропогенных факторов.

По нашему мнению, термин «биоразнообразие» характеризует таксономическую структуру сообщества, т. е. разнообразие микро организмов разных таксонов, входящих в состав определённого микробного сообщества.

Данные относительно видового состава прокариот и грибов в почве различных биотопов до конца 70-х годов прошлого века были получены, в основном, традиционными методами выделения чистой культуры и определения её таксономического положения на основа нии изучения морфологических, культуральных и физиолого биохимических свойств. Однако в лабораторных условиях на пита тельных средах культивируется не более 1 % существующих в почве микроорганизмов [380, 1128].

Определение вида микроорганизма в настоящее время требует комплексного подхода, с изучением его экофизиологических свойств и исследованием генетических характеристик. Чаще всего для этого используют филогенетические маркёры — определение последователь ностей генов малой субъединицы рибосомальной РНК — 16S рРНК или большой субъединицы 23S рРНК, а также гибридизацию ДНК исследуемого штамма с ДНК известного коллекционного штамма.

Изучение видовой структуры микробного сообщества в целом может быть ускорено при использовании методов молекулярной экологии, в том числе метагеномного анализа. Метод базируется на изучении последовательности генов суммарной микробной ДНК, выделенной из почвы. В основу этого метода положен принцип изучения биоразнообразия без выделения микроорганизмов в чистую культуру, а только анализируя отдельные элементы генетического материала.

Методы метагеномного анализа достаточно хорошо изложены в ряде публикаций, обзоров и монографий [380, 691, 740, 748, 766].

В основу рибосомной филогенетики положен принцип изучения первичной структуры последовательностей рибосомных генов или их продуктов — рибосомальной РНК (рРНК), маркёром которой явля ется ген малой субъединицы рибосомы — 16S рРНК. Применение рибосомной филогенетики для изучения микробных сообществ бази руется на допущении, что каждый вид микроорганизмов, входящих в сообщество, имеет свой уникальный тип последовательностей гена 16S рРНК. Такими методами можно выявить нуклеотидные последо вательности бактерий, для которых ещё не нашли параметров куль тивирования в лабораторных условиях — некультивируемые формы (viable but nonculturable –VBNC).

Молекулярно-генетическими методами было определено биораз нообразие ризосферных микробных сообществ, отобранных в полевых условиях. Показано, что спектр корневых экссудатов, их количество и качественный состав являются ведущими факторами в формирова нии биоразнообразия микроорганизмов ризосферы, в том числе и фитопатогенов [843, 858, 907].

В молекулярной экологии применяют также гибридизационный анализ с использованием генных зондов [1128]. В зависимости от задач исследования используют либо филогенетические зонды для определения таксономического положения входящих в сообщества микроорганизмов, либо функциональные зонды для выявления генов, кодирующих определённые функции микроорганизмов. Биоразноо бразие на двух уровнях — филогенетическом и функциональном было охарактеризовано для разных типов почв.

Филогенетические зонды способны гибридизоваться с рибосом ными генами 16S рРНК или 23S рРНК. Функциональные зонды используют для выявления генов, кодирующих ключевые ферменты определённых специфических функций микроорганизмов. Например, в качестве молекулярных маркёров используют гены, которые детер минируют азотфиксацию (нитрогеназа), автотрофию (ген рибулозо 1,5-бисфосфат карбоксилазы/оксигеназы), денитрификацию (гены нитратредуктаз), нитрификацию (гены монооксигеназы аммония), метанотрофию (гены метанмонооксигеназ). В четырнадцати локали тетах Австралии были отобраны образцы почвы, из каждого выделе ны препараты суммарной бактериальной ДНК [744]. Определяли микроорганизмы, участвующие в цикле азота, используя функцио нальные зонды: nifH — ген азотфиксации, amoA — ген окисления аммония, narG–ген нитратредукции. Полученные результаты показа ли, что наличие nifH-гена имело существенную положительную корре ляционную (к) зависимость (к = 0,4) с количеством органического углерода в почве, присутствие narG-гена зависело от количества осад Корневая система растений — сфера их взаимоотношений с микроорганизмами ков (к = 0,42). Распространение amoA-гена имело положительную коррелятивную связь с количеством органического углерода в почве (к = 0,44) и отрицательную корреляцию с электропроводностью почвы. Исследование взаимозависимости этих генов между собой выявило положительную корреляцию между amoA и narG-генами.

Большое внимание уделяется изучению биоразнообразия азот фиксирующих микроорганизмов, молекулярным маркёром которых является ген nifН [199, 223, 655].

Наряду с азотфиксаторами в последнее время уделяется всё боль ше внимания денитрифицирующим микроорганизмам, представители которых относятся к более чем 50 родам и 130 видам бактерий и архей [1024, 1172]. Ключевыми ферментами диссимиляторного восстановле ния нитратов являются нитратредуктазы двух типов, различающиеся по структуре: медьсодержащая нитратредуктаза, кодируемая геном nirK, и гемсодержащая нитратредуктаза, кодируемая геном nirS. [1189].

Наличие этих двух нитратредуктаз было подтверждено в почвах [800, 1024]. В ризосфере восьми бобовых трав было исследовано сообще ство денитрифицирующих микроорганизмов. Исследования прово дили методом изучения полиморфизма длины рестрикционных фраг ментов (Terminal Restriction Fragment Length Polymorphism — T-RFLP) ПЦР-амплифицированных участков гена nirK [639]. Статистическая обработка полученных авторами данных показала наличие достоверной положительной зависимости нитратредуктазосодержащих микроорганиз мов от количества корневых экссудатов, стадии развития растения и сезонных изменений по срокам отбора образцов. На рис. 12 представ лены данные о наличии гена nirK в образцах тотальной ДНК, выделен ной из ризосферы под разными злаковыми растениями. Филогенетиче ский анализ показал, что все денитрификаторы можно было разделить на пять кластеров, относящихся к альфа-протеобактериям, в частности были выявлены Pseudomonas sp., Blastobacter denitrificans, а также Bradyrhizobium japonicum.

Для анализа микробных сообществ непосредственно в местах обитания применяют FISH-метод (Fluorescеns in situ hybridization) с использованием флюоресцентной микроскопии. Он основан на использовании флюоресцентно меченных олигомерных филогенети ческих или функциональных зондов, способных проникать через неповрежденную клеточную стенку живых микробных клеток. После специального окрашивания флюоресцентными зондами по интенсив ности гибридизационного сигнала можно определить количество и соотношение различных микроорганизмов в сообществе. В последнее время появилась модификация FISH-метода с определением инди видуальных генов (Recognition of Indіvidual Genes — RING-FISH) или Рис. 12. T-RFLP-профили наличия гена nir­K в ризосфере разных растений [639]:

поли-FISH метод, что позволяет значительно повысить чувствитель ность анализа и определять фрагменты генов плазмид [689].

Поли-FISH метод применяли для определения гена ключевого фермента денитрификации nirK в почвенных образцах [1022].

В качестве контроля использовали чистые культуры денитрификато ров: Alcaligenes xylosoxidans, Hyphomicrobium aestauarii, Pseudomonas sp, Sinorhizobium meliloti, а в качестве отрицательного контроля были взяты культуры Bacillus pumilis, Desulfobacter postgate, Pseudomonas stutzeri. На рис. 13 видно, что nirK полинуклеотидные пробы давали хорошее окрашивание с о-специфическим красителем Сy3 (красная флюоресценция) и флюоресцеином (зелёная флюоресценция).

Использование поли-FISH метода позволило авторам охаракте ризовать денитрифицирующее микробное сообщество активного ила (рис. 14).

Корневая система растений — сфера их взаимоотношений с микроорганизмами Рис. 13. Визуализация nirK полинуклеотидных проб чистых культур денитрифицирующих бактерий [1022] Рис. 14. Результаты изучения денитрифицирующего микробного сообщества активного ила разными методами:

А и с – галофлюоресцирующие сигналы денитрификаторов, меченных радиоактивным изотопом углерода;

B – фазово-контрастная микроскопия клеток в образцах активного ила;

D – бактериальные клетки, окрашенные в результате взаимодействия с олигонуклеотидными праймерами ЕИВ3381 и ЕИВ338111.

При обогащении активного ила дополнительными энергетичес кими источниками (нитратами, глюкозой, метанолом) интенсивность гибридизационного сигнала возрастала, что указывало на активное развитие денитрифицирующих микроорганизмов (рис. 15).

Накопленные до настоящего времени результаты генетических анализов показали, что сообщества микроорганизмов имеют более сложную структуру, чем считалось ранее. С введением в практику экологических исследований анализа нуклеотидных последователь ностей филогенетических и функциональных генов стало возможным более точное определение родственных связей между микроорганиз мами в сообществе и уровнем их метаболической активности.

Для получения достоверной информации при определении струк туры микробных сообществ созданы метагеномные библиотеки сооб ществ почвенных микроорганизмов лугов, лесов и агроценозов [380].

Так, с помощью 16S p ДНК — ПЦР/ЕДГГ было определено, что микробные сообщества обычной и ризосферной почвы имеют высо Корневая система растений — сфера их взаимоотношений с микроорганизмами Рис. 15. Интенсивность гибридизационного сигнала с nirK генами в активном иле, при добавлении 5 ммоль KNO3 (1);

5 ммоль KNO3 + 5 ммоль глюкозы (2);

5 ммоль KNO3 + 25 мкмоль метанола (3) [1022] кую степень сходства, но различаются по структуре. В почве без растений она более сложная и характеризуется большим количеством популяций [714].

Имеются также сведения, полученные с использованием молекулярно-биологических и генетических методов, о том, что на формирование сообщества ризосферных микроорганизмов могут влиять тип почвы и вид растений [403, 626, 758, 923, 1090].

Для выявления факторов, влияющих на разнообразие сообществ микроорганизмов в образцах почв, был проведён фингерпринтинг рДНК. Это позволило установить, что состав и разнообразие сооб ществ зависят не столько от географических параметров или темпе ратуры, сколько от типа экосистемы и уровня рН. В результате прове дённых исследований наибольшее разнообразие было выявлено в нейтральной или известкованной почве [740, 845].

В штате Миннесота (США) были проведены исследования по изучению вопроса, каким образом разнообразие растительного покро ва влияет на почвенное микробное сообщество. Изучали эксперимен тальные фитоценозы, состоящие из 1—16 видов растений. В резуль тате семилетнего исследования оказалось, что микробная биомасса, активность дыхания, скорость минерализации возрастали с увеличе нием разнообразия фитоценоза. В то же время фитоценозы с боль шим биоразнообразием характеризовались и большей продукцией фитомассы. Авторы сделали вывод, что продуктивность экосистемы является интегрированным показателем, в котором определяющую роль играют как растения, так и ризосферные микроорганизмы [1180].

Оценка долевого вклада экологического и генотипического факто ров в формирование комплекса ризосферных микроорганизмов в посевах озимой ржи, ячменя и клевера лугового показала высокую значимость сортоспецифичности в заселении ризосферы бактериями и актиномицетами [558]. При изучении микроорганизмов, выделен ных из ризосферы пшеницы, кукурузы и риса в четырёх отдалённых друг от друга регионах, анализ микробной ДНК выявил высокий уровень полиморфизма среди изолятов из различных регионов и низкий — среди изолятов одного региона [733].

По мнению ряда авторов [960, 1033], основной проблемой при установлении связи между разнообразием микробных сообществ ризосферной почвы и его функцией является понимание зависимости между генетическим разнообразием и структурой сообщества. Поэто му при изучении трансформации питательных элементов необходимо разделять сообщества на пулы и измерять потоки, связывающие эти пулы. При этом углерод активного микробного пула можно опреде лить методом разделения 13С и 12С-ДНК.

D. Gruter и соавт. [779] провёл серию исследований по изучению влияния почвенных условий (концентрация СО2, соотношение С:N и др.) на биоразнообразие микробных сообществ пастбищных почв Корневая система растений — сфера их взаимоотношений с микроорганизмами Ferrobacterium limneticum, в некоторых микролокальных анаэробных условиях присутствовали Clostridium perfringens, Sulfobacillus disulfidooxidans. Кроме этих видов был также обнаружен фитопатоген Rolstonia solanacearum. По мнению автора, на распространение микроорганизмов в ризосфере влияют корневые выделения: качест венный состав экссудатов определяет биоразнообразие, а количе ственный — плотность микробных популяций.

Приведённые примеры указывают на открывающиеся перед исследователями возможности при использовании молекулярно генетических методов для изучения биоразнообразия и закономер ностей функционирования микробных сообществ почв.

Таким образом, анализ приведённых данных свидетельствует о том, что ризосфера является уникальным местообитанием, микро организмы которого играют важную роль в разложении и синтезе органических веществ, улучшении минерального питания растений и сохранении почвенного плодородия. Изменяясь под воздействием природных и антропогенных факторов, микробные сообщества ризос феры обладают определённой устойчивостью к воздействию стрессо вых факторов и способствуют формированию в агроценозах много компонентных трофических связей.

Взаимодействие PGPR и растения является многофункциональ ным комплексным феноменом, в котором участвуют различные механизмы влияния микроорганизмов на растение, в результате которого происходит развитие корневой системы и всего растения в целом.

Влияние антропогенных факторов на микроорганизмы Системы обработки почвы, чередование сельскохозяйственных Важнейшим фактором, влияющим на эффективность микробно растительной системы, является микробиота. Её состояние и функ ционирование определяется рядом экологических и антропогенных факторов. В естественных биоценозах микробное сообщество харак теризуется динамическим равновесием и зависит в основном от сезонных колебаний гидротермического режима. В окультуренных почвах агротехнические мероприятия оказывают существенное влия ние на функционирование микроорганизмов в почве и ризосфере, изменяя условия их существования, в результате чего меняется соот ношение отдельных физиологических и эколого-трофических групп.

Влияние системы обработки значение имеет правильный выбор агротех почвы на микробиоту почв, виду и сорту возделываемых растений.

За счёт продолжительного воздействия различных способов обра ботки почвы изменяется её структура, физико-химические показате ли, что не может не сказаться на микробиоте. В результате проис ходят изменения в метаболизме и функциональном состоянии ризосферной и всей почвенной биоты: перегруппировка или появле ние доминантных видов, изменение стратегии роста, путей микробной трансформации гумуса, активизируется процесс дегумификации, что в конечном итоге повышает эмиссию углекислоты в атмосферу [20, 62, 64, 117].

В исследованиях, проведённых С. А. Благодатским с соавт. [64], показано, что распашка целинных земель, длительная обработка почвы с оборотом пласта, несбалансированное внесение удобрений приводит к нарушению экологического равновесия в почве — изме нению путей трансформации гумуса, его качественного состава, биогенности почвы (рис. 17).

Рис. 17. Содержание углерода микробной биомассы ( ) и ДНК ( ) в чернозёме под различными угодьями [64] Корневая система растений — сфера их взаимоотношений с микроорганизмами Вследствие этого общее количество микробной биомассы в пахот ной почве снижается на 25 % по сравнению с залежной (косимая степь, пашня) уже через 10 лет после распашки, а через 36 лет использования уменьшается ещё на 40 %. Более длительный период эксплуатации земельных угодий под пашней (46 и 76 лет) приводит к уменьшению микробной биомассы вдвое по сравнению с десяти летним использованием, что подтверждается данными количества микробной биомассы и содержания почвенной микробной ДНК.

В таких почвах увеличивается индекс ауксотрофности, что говорит о снижении метаболического разнообразия почвенной биоты. В естес твенных же биоценозах микробная биомасса в почве не претерпева ет значительных колебаний вследствие установившегося равновесия между поступающим и минерализующимся количеством органическо го вещества.

Эти данные согласуются с исследованиями Почвенного институ та им. В. В. Докучаева РАСН, в которых показано, что потеря содер жания гумуса в результате 10-летней распашки чернозёма и дерново подзолистых целинных земель составляет 25–36 %. На землях с более длительным периодом использования (37–70 лет) процесс деградации гумуса замедляется и его содержание стабилизируется на более низком уровне [46]. В результате длительного применения интенсивных технологий обработки почвы — безотвальной системы и глубокой вспашки в чернозёме Воронежской области наблюдали снижение плодородия почвы и усиление мобилизационных процессов, умень шение численности целлюлозоразрушающих микроорганизмов и азотобактера [257]. Количество азотобактера уменьшалось в 2,1–2, раза при безотвальной обработке почвы и на 29–37 % при вспашке на глубину до 30–32 см. Кроме того, отмечено интенсивное разви тие фитопатогенных микромицетов в верхнем горизонте почвы (до 20 см).

Одним из важных механических факторов, влияющих на почвен ную микробиоту, является степень уплотнения почвы, её аэрация.

При увеличении уплотнения почвы с 0,9–1 г/см3 до 1,17–1,23 г/см содержание актиномицетов снижается в 3 раза, нитрификаторов — на 30 %, целлюлозоразрушающих микроорганизмов и грибов — в 1,5– раза, что значительно снижает действие минеральных удобрений. При отвальной же обработке почвы наблюдается увеличение численности микробных популяций, повышение доли аэробных аммонификаторов и более равномерное их распределение по слоям почвы по сравнению с рыхлением плоскорезом [257].

Почвосберегающими технологиями, альтернативными традици онной вспашке с оборотом пласта, являются безотвальная вспашка, чизельная обработка, дискование, минимальная и нулевая обработка.

Опыт земледелия, накопленный в различных регионах в последние 10–15 лет, показывает, что их применение в сочетании с рациональным использованием удобрений и средств защиты растений способствует нормализации функционирования микроорганизмов, повышению эффективного плодородия почв и получению высоких урожаев.

Применение безотвальной системы обработки способствует сохра нению органического вещества почвы и стабилизации микробиологи ческих процессов. Так, после двухлетнего применения безотвальной обработки чернозёма на 41 % увеличивается микробная биомасса, снижается содержание автохтонной микрофлоры, принимающей участие в процессах дегумификации, что способствует увеличению гумуса на 0,2–0,3 %. Однако при длительном (10–18 лет) использовании безот вальной системы активизируется развитие автохтонной микрофлоры, способствующей минерализации гуминовых веществ [20].

В комплексных исследованиях микробного, гумусного, водного режимов и физических свойств чернозёма лесостепи Украины было установлено, что при длительном использовании почвосберегающих технологий в слое почвы до 50 см накапливается в 1,3–1,4 раза больше растительных остатков разной степени минерализации, чем при вспашке. Это способствует созданию стабильных сообществ микроорганизмов, участвующих в трансформации органических веществ и гумусообразовании. При этом в верхнем слое (до 50 см) численность аммонифицирующих и амилолитических микроорганиз мов, а также микромицетов и стрептомицетов была больше, чем при традиционной вспашке [550].

Аналогичная тенденция влияния разных способов обработки на микробиоту была выявлена и в суглинистой почве Заволжья. Уста новлено, что уменьшение механической нагрузки на почву усили вает биогенность поверхностного слоя: при минимальной обработке численность бактерий возрастает в 3 раза, а при нулевой — в 4 раза и составляет 22,5 • 10 6 КОЕ/1 г почвы и 27,4 • 10 6 КОЕ/г почвы соответственно. Количество грибов увеличивается вдвое при нуле вой обработке по сравнению с другими видами обработки и состав ляет 13,7 • 10 3 КОЕ/г почвы, а при вспашке и минимальной обра ботке — 6 • 10 3 КОЕ/г почвы. В более глубоких слоях (20–30 см) при нулевой и минимальной обработке наблюдается снижение их численности в 2–2,5 раза соответственно, что объясняется умень шением аэрации и количества растительных остатков в этом слое почвы [326].

Исследование особенностей микробиологического режима и трансформации гумуса при выращивании озимой пшеницы на серой Корневая система растений — сфера их взаимоотношений с микроорганизмами оподзоленной крупнопылеватой легкосуглинистой почве показало [197], что объединение плоскорезной обработки с внесением органи ческих удобрений способствует новообразованию гуминовых кислот и обогащению их алифатическими компонентами. В результате использования указанной технологии биомасса микроорганизмов была в 1,5–2,4 раза большей, чем при интенсивной технологии (традици онная вспашка с внесением высоких доз минеральных удобрений), а соотношение смикр/собщ составляло 4,72–5,66. На основании много численных экспериментальных данных были сделаны выводы, что применение бесплужной обработки целесообразно проводить совмест но с внесением органических удобрений. Это способствует повышению активности почвенной микрофлоры, формированию устойчивых микробных ценозов и упрочению трофических связей в сообществах микроорганизмов почвы, в том числе ризосферы.

Влияние чередования сельско- ных факторов является севооборот — система хозяйственных культур на микроорганизмы корневой ценных сельскохозяйственных растений на фоне использования несо ответствующих типу почвы способов обработки отрицательно влияют на почвенный микробный ценоз. Кроме того, в монокультуре созда ются неблагоприятные условия для функционирования ризосферной микробиоты, в результате чего наблюдается угнетение аборигенных видов почвенной биоты и активное развитие фитопатогенной микро флоры, вызывающей заболевание растения, что в комплексе приводит к снижению урожая.

Так, в Украине в последние десятилетия огромные площади плодо родных земель используются под технические культуры, например, подсолнечник. Однако, по данным Запорожского облуправления сель ского хозяйства, монокультура подсолнечника даёт высокий урожай (30 ц/га) лишь в первый год возделывания;

в последующие два года из-за истощения почвы и нарастания фитотоксичности урожайность снижается до 18–20 ц/га и 9 ц/га соответственно [304].

Оптимальным является возделывание интенсивных культур в системе севооборота с таким расчётом, чтобы они попадали на то же поле через 5–6 лет после восстановления плодородия и нормального микробиологического фона.

Положительное влияние на ризосферную микробиоту оказывают системы севооборота с выращиванием в качестве предшественников бобовых трав, обогащающих почву соединениями азота и стимули рующих развитие микроорганизмов.

Интересные результаты были получены рядом исследователей [124, 368, 370, 558] при сравнении ферментативной и биологической активности ризосферного микробного сообщества в условиях моно культуры и севооборота. Выявлена связь между возделываемыми куль турами, специфической структурой и метаболической активностью микробного комплекса прикорневой зоны. Так, при монокультуре и отсутствии обновления растительности в ризосфере формируется неустойчивое микробное сообщество с преобладанием видов, способ ствующих образованию токсических веществ и минерализации гуму са. В ряде работ [20, 369, 398] показано, что при выращивании куль тур в системе севооборота в почве преобладает микробиота, разлагающая легкогидролизуемые органические остатки, а при бессменном возделывании культур — автохтонная микробиота, разла гающая гумусовые вещества почвы.

Комплексное изучение микробиологических показателей (числен ности микроорганизмов разных эколого-трофических групп, фермен тативной и общей биологической активности чернозёма обыкновен ного) при бессменном возделывании культур и в системе севооборота показало, что микробиота под бессменными культурами (озимой пшеницей, кукурузой, люцерной, подсолнечником), а также под паром и залежью значительно отличается [124, 368, 370, 558].

Микробиологические и биохимические показатели под бессменными культурами были ниже на 7–30 % по сравнению с залежью, актив ность ферментов достигала высших значений в ризосфере растений залежи по сравнению с бессменными культурами. При выращивании монокультуры сои наблюдалось уменьшение биоразнообразия микроб ных ценозов, доминирование фитопатогенных микромицетов в почве и ризосфере растений. Положительные результаты дало совместное возделывание сорго в междурядьях сои. При этом наблюдалось значи тельное увеличение общей численности микроорганизмов по сравне нию с монопосевами и уменьшение содержания патогенной микро флоры в ризосфере растений, что способствовало повышению урожайности возделываемой культуры.

Сравнительный анализ структуры микробного сообщества ризо сферы различных культур севооборота в дерново-подзолистой супес чаной почве на фоне внесения минеральных удобрений (N60 P60 K90), показал зависимость численности и состава микробиоты от вида возделываемой сельскохозяйственной культуры. Так, в ризосфере кукурузы общая численность микроорганизмов была в 3 раза меньше, чем в ризосфере вико-овсяной смеси. В составе ризобактерий под кукурузой преобладали бактерии (в том числе и актиномицеты), мень ше было грибов (10 %). В микробоценозе почвы под вико-овсяной Корневая система растений — сфера их взаимоотношений с микроорганизмами смесью содержание бактерий превышало количество грибов в 15 раз.

Анализ соотношения численности представителей микроорганизмов разных таксономических и эколого-трофических групп показал, что микробное сообщество под кукурузой является более стабильным по сравнению с вико-овсяной смесью [405].

Известно, что качественный и количественный состав микроб ного ценоза в ризосфере и вне её существенно отличается и зависит как от вида возделываемой культуры, времени её вегетации, так и от растения-предшественника. Например, чёрный пар и зернобобовые как предшественники оказывают положительное влияние на форми рование ризосферной микрофлоры пшеницы [360].

Изучение колонизации микроорганизмами ризосферы озимой ржи, выращиваемой на кислой дерново-подзолистой почве, показало различие в функциональном и видовом составе прикорневой микро флоры в процессе роста и развития растений. На ранних стадиях вегетации растений ризосферная микробиота представлена в основ ном быстрорастущими бактериями и грибами, разлагающими легко доступные органические субстраты. На корнях более старых растений чаще встречаются актиномицеты, обладающие способностью разлагать труднодоступные органические субстраты [558].

Китайские учёные установили, что в иловатой почве под куку рузой численность фосфатрастворяющих, лецитинминерализующих бактерий и грибов в ризосфере в 5–10 раз выше, чем в неризо сферной почве. Доминирующее положение занимали бактерии родов Pseudomonas, Enterobacter, а также участвующие в минерализации фосфора грибы и актиномицеты родов Penicilium и Streptomyces.

В почве вне ризосферы преобладали представители рода Bacillus.

Отмечалось значительное колебание численности фосфатрастворяю щих грибов в процессе вегетации кукурузы. В ризосфере молодых растений их содержание составляло 90 % общего количества микро организмов, а к моменту уборки снижалось до 20 % [880].

Таким образом, микробиологические исследования почвы в разных системах севооборота позволяют оценить состояние плодородия почв, подобрать растения с учётом сведений о возможном их влиянии на почвенную и ризосферную микробиоту, что в значительной мере повы шает урожайность и качество продукции растениеводства.

Влияние удобрений на микро- питания, в первую очередь основных биоту корневой зоны растений неотъемлемой частью агротехнологий возделывания сельскохозяй ственных культур.

При использовании различных комбинаций минеральных и орга нических удобрений необходимо учитывать их влияние на микробио логические процессы в почве и их стабильность. Данные, накоплен ные в последние десятилетия, существенно дополняют выявленные ранее закономерности ответных реакций микробного сообщества на внесение удобрений.

Общепризнанно, что оптимальным является внесение органичес ких и минеральных удобрений. Это объясняется тем, что органичес кие удобрения в результате относительно продолжительного периода минерализации не сразу обеспечивают растения необходимыми пита тельными веществами, поэтому их дефицит восполняют внесением минеральных удобрений [20, 344, 662].

В последнее время в Украине в связи с сокращением поголовья крупного рогатого скота всё больше внимания уделяется такому виду органических удобрений, как сидераты — зелёная масса растений, которую запахивают в почву перед посевом основных культур в систе ме севооборота.

В литературе имеется много данных, подтверждающих положи тельное влияние этого агроприёма на продуктивность сельскохозяйст венных культур, но мало сведений о влиянии сидератов на почвенную и ризосферную микробиоту.

Нами были проведены исследования влияния сидератов на микробные ценозы почвы на орошаемом чернозёме южном остаточ но солонцеватом [196]. В полевых опытах в качестве сидеральных культур были использованы донник белый двухлетний, рапс яровой, редька масличная. Количество зелёной массы, которую запахивали в почву, зависело от вида сельскохозяйственной культуры и составля ло 278—393 ц/га донника белого двухлетнего, 210–368 ц/га рапса ярового, 186–268 ц/га редьки масличной.

В трофической структуре микробных сообществ исследуемой почвы отмечена высокая численность микроорганизмов различных блоков: зимогенного, автохтонного, олиготрофного (табл. 13).

Характеризуя блок зимогенной микрофлоры, следует отметить, что при внесении зелёной массы растений в наибольшей степени активизировалось развитие микроорганизмов, разлагающих сложные органические субстраты. Так, численность органотрофов, утилизи рующих азот органических соединений, возрастала при внесении фитомассы рапса и донника соответственно в 2,5 и 1,2–1,3 раза по сравнению с почвой, в которую попадали только корневые остатки этих растений. Количество микроорганизмов, использующих мине ральные формы азота, при применении сидеральных культур также увеличивалось. Наиболее высоким оно было при запахивании рапса.

Корневая система растений — сфера их взаимоотношений с микроорганизмами таблица 13. Численность микроорганизмов отдельных экологотрофических групп в микробных сообществах чернозёма южного при сидерации Содержание целлюлозоразрушающих микроорганизмов заметно увели чивалось только при использовании в качестве сидеральных культур рапса и редьки;

внесение же донника, богатого белковыми соедине ниями, не оказывало активизирующего действия на целлюлозоразру шаюшие микроорганизмы.

Из аутохтонной микрофлоры более высокой численностью харак теризовались педотрофные микроорганизмы. Следует отметить, что, в противоположность зимогенной микрофлоре, численность педо трофных микроорганизмов была ниже при запахивании зелёной массы растений, чем их корневых остатков. Содержание микроорганизмов, разлагающих гумусные соединения, изменялась в меньшей степени, хотя в отдельных случаях отмечалась тенденция к уменьшению их численности, например, при запахивании фитомассы редьки.

Численность микрофлоры олиготрофного блока была высокой во всех исследуемых вариантах. Использование сидеральных культур приводило не только к активизации развития отдельных групп зимо генной микрофлоры, но и к увеличению содержания микрофлоры рассеяния. Численность олиготрофов возрастала при внесении расти тельной массы рапса, редьки и донника соответственно на 18,8, 31, и 23,6–24,7 % по сравнению с количеством этих микроорганизмов при использовании только корневых остатков. Следовательно, при разложении растительного материала формируется определённая трофическая структура микробных ценозов. Специфика взаимоотно шений между различными микроорганизмами в сообществах зависит не только от их трофических потребностей, но и от стратегии их жизненного поведения. R. H. Mac Artur [906] предложил общую модель к- и r-отбора у млекопитающих, в которой показана зависи мость плотности популяции особей от количества пищи. Этот подход в настоящее время широко используется в экологии микроорганизмов [585]. Признаками r-стратегии является высокая скорость роста при наличии легко доступных источников питания, быстрая реакция на обогащение ими среды, высокий коэффициент энергетических трат на поддержание и др. Напротив, K-стратеги характеризуются невы сокой скоростью роста, экономным расходованием субстрата, низкой затратой на поддержание.

Для определения влияния сидератов на численность и взаимо отношение микроорганизмов разных экологических стратегий мы сравнили динамику численности амилолитических бактерий (пред ставители r-стратегов) и гуматразлагающих бактерий (представители K-стратегии).

Рис. 18. Динамика численности микроорганизмов разных экологических стратегий при внесении в почву зелёной массы донника белого двухлетнего (а), редьки масличной (б), рапса ярового (в) и в контроле без сидератов (г):

t — время культивирования, сут;

1 — r-стратеги;

2 — K-стратеги Корневая система растений — сфера их взаимоотношений с микроорганизмами На рис. 18 показаны изменения логарифма численности к- и r-стратегов во времени при внесении в чернозём растительной массы донника белого двухлетнего, редьки масличной, рапса ярового, а также в контроле без внесения растительных остатков. Анализируя полученные зависимости можно отметить, что в варианте с внесени ем донника белого двухлетнего в течение 700 сут культивирования r-стратеги преобладали над K-стратегами, однако по мере исчерпания легко доступного субстрата их численность постепенно убывала, а численность K-стратегов постоянно возрастала. За период инкубиро вания (700 сут) кривые численности к- и r-стратегов пересекались, а в болем поздние сроки K-стратеги преобладали над r-стратегами.

Следует отметить, что K-стратеги характеризуются высокой устойчи востью к низкой концентрации питательных веществ и к неблаго приятным условиям среды, что обеспечивает им доминирование на завершающих этапах разложения растительных остатков. Подобная закономерность в динамике и соотношении численности микроорга низмов разных экологических стратегий наблюдалась и при внесении других изученых сидератов. Отличия заключались в том, что при внесении фитомассы рапса ярового и редьки масличной точка пере сечения функций роста сдвигалась на более поздние сроки — сут. В контроле соотношение численности микроорганизмов разных стратегий изменялось незначительно, что, по-видимому, обусловлено стабильностью условий опыта и высокими буферными способностя ми чернозёма южного.

Полученные нами результаты подтверждены в работах, опубли кованных в последнее время [549]. При выращивании озимой пшени цы на чернозёме типичном в системе севооборота запашка зелёной фитомассы гороха (сидерата) благоприятно влияла на развитие почвенной микрофлоры. Так, в контроле без удобрений биомасса микроорганизмов составляла 241 мкг/г почвы;

при внесении мине ральных удобрений — не превышала 279 мкг/г почвы;

при внесении навоза — 482 мкг/г почвы;

при внесении сидератов (зелёной массы гороха) — 586 мкг/г почвы.

При внесении ржаной, гречишной и гороховой соломы в качестве удобрения в чернозёмы Заволжья отмечалось усиленное развитие почвенных грибов, а при добавлении мочевины в дозе 20 кг/т наблю далась стимуляция развития всей почвенной микрофлоры [251].

Использование зелёной массы гороха вместе с минеральными удобрениями (N60 Р60 K60) при выращивании озимой пшеницы на чернозёмах Молдовы способствовало обогащению почвы легкораз лагающимся органическим веществом, служащим источником пита ния для гетеротрофной микрофлоры. При этом обилие микрофлоры возрастало в 2–3 раза по сравнению с почвой без внесения сидератов, наблюдалось усиление нитрифицирующей и целлюлозоразрушающей способности почвы, возрастала инвертазная активность, что способ ствовало повышению урожайности культуры [332].

Актуальным и дискуссионным является вопрос о влиянии мине ральных удобрений на почвенную и ризосферную микробиоту.

В настоящее время из-за недостатка навоза компенсация выноса из почвы питательных веществ с урожаем в большинстве случаев осуществляется путём внесения минеральных удобрений, эффектив ность которых зависит от их дозы, агрохимического фона, физио логических особенностей возделываемых культур. Нельзя не учиты вать такой важный фактор, как влияние минеральных удобрений на почвенную микробиоту — активного и важного в функциональном отношении компонента биоценоза. Единого мнения по этому вопро су нет. В литературе приводятся как положительные сведения об их действии на почвенные микроорганизмы, так и отрицательные сторо ны этого фактора.

Изучение влияния минеральных удобрений разного состава и доз на почвенную микробиоту весьма неоднозначно.

Данные, приведённые в работе В. Ф. Патыки и соавт. [398], показали, что при внесении высоких доз минеральных удобрений происходит изменение эколого-трофической структуры микробно го ценоза с активизацией автохтонной микрофлоры, минерализую щей органическое вещество почвы. Так, минеральные удобрения в дозе 120–240 кг/га действующего вещества в чернозёме обыкно венном снижают гумусообразовательные процессы на 35,8–37 %.

В составе микробного сообщества дерново-подзолистой тяжелосугли нистой почвы при внесении высоких доз минеральных удобрений наблюдается уменьшение численности целлюлозоразрушающих бакте рий с 79 до 29 %, а в подзолистой легкосуглинистой почве — с до 5 %.

Кроме того, активизация автохтонной микрофлоры, гидролизую щей легкорастворимые фракции гумуса, приводит к изменению соста ва и соотношения различных групп гумусовых веществ. Все эти факторы не могут не сказаться на биологической и ферментативной активности почвы.

В результате длительного внесения удобрений нарушается харак тер взаимоотношений в растительно-микробной системе и активность ферментного комплекса ризосферного микробоценоза. Изменяется блок иммобилизации ферментов, повышается доля денатурированных ферментов, уменьшается количество ферментов, адсорбированных на носителях, что приводит к изменению направленности биохимических Корневая система растений — сфера их взаимоотношений с микроорганизмами процессов. Применение высоких доз азотных удобрений вызывает снижение протеазной, уреазной, аспарагиназной, глутаминазной, адениндезаминазной, нитратнитритредуктазной, аммиак- и гидрок силаминооксидазной активности почвы [523].

Значительные изменения в результате внесения в почву удобре ний претерпевают кинетические показатели роста микроорганизмов.

Установлено, что длительное применение минеральных удобрений приводит к нарушению экологического равновесия и перегруппиров ке почвенной биоты с типичными для каждого фактора параметрами роста микроорганизмов [58–61]. Кинетический анализ показывает уменьшение максимальной удельной скорости роста (µm), гетеротроф ного потенциала (V max), общего количества микробной биомассы.

Согласно принципам популяционной экологии, низкое значение µm характеризует микробное сообщество с относительным преобладани ем к-стратегов, к которым относятся медленно растущие виды, но способные более полно использовать субстрат. В неудобряемой почве наблюдается преобладание микроорганизмов r-стратегии, большую часть времени неактивных, но способных к бурному росту при добав лении субстрата. Для чернозёмов, длительно удобряемых навозом, характерно равновесие пула почвенных микроорганизмов без преоб ладания той или иной стратегии роста.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |   ...   | 17 |
 




Похожие материалы:

«Отдел по церковной благотворительности и социальному служению Русской Православной Церкви Региональная общественная организация поддержки социальной деятельности Русской Православной Церкви Милосердие Е.Б. Савостьянова Как организовать помощь кризисным семьям в сельской местности Опыт Курской областной организации Центр Милосердие Лепта Книга Москва 2013 1 УДК 364.652:314.6(1-22) ББК 60.991 С13 Серия Азбука милосердия: методические и справочные пособия Редакционная коллегия: епископ ...»

«Орловская областная публичная библиотека им. И. А. Бунина БИБЛИОТЕЧНО- ИНФОРМАЦИОННОЕ ПОЛЕ АГРАРИЕВ Орел 2010 ББК 78.386 Б 59 Библиотечно-информационное поле аграриев : методико-информацион- ный сборник / Орловская обл. публ. б-ка им. И. А. Бунина ; [сост. Е. А. Су- хотина]. – Орел : Издатель Александр Воробьёв, 2010. – 108 с. В настоящее время наблюдается резкое увеличение интереса специалистов агро промышленного комплекса к проблемам использования возможностей информационно коммуникационных ...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования КРАСНОЯРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. В.П. Астафьева ПОЛЕВАЯ БОТАНИКА МОРФОЛОГИЯ И СИСТЕМАТИКА ЦВЕТКОВЫХ РАСТЕНИЙ. ОСНОВЫ ФИТОЦЕНОЛОГИИ Учебное пособие Электронное издание КРАСНОЯРСК 2013 ББК 28.5я73 УДК 58 П 691 Составитель: Н.Н. Тупицына, доктор биологических наук, профессор Рецензенты: А.Н. Васильев, доктор ...»

«Департамент культуры города Москвы Государственный Дарвиновский музей КАТАЛОГ КОЛЛЕКЦИИ РЕДКАЯ КНИГА БОТАНИКА Москва 2013 ББК 79л6 К 95 Государственный Дарвиновский музей Составители: заведующая сектором Редкая книга В. В. Миронова, старший научный сотрудник Э. В. Павловская, заведующая справочно-библиографическим отделом О. П. Ваньшина Фотограф П. А. Богомазов Редакторы: Н. И. Трегуб, Т. С. Кабанова Каталог коллекции Редкая книга. Ботаника / cост. В. В. Миронова, Э. В. Павловская, О. П. ...»

«С.-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ В. С. ИПАТОВ, Л. А. КИРИКОВА ФИТОЦЕНОЛОГИЯ Рекомендовано Министерством общего и профессионального образования Российской Федерации в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению и специальности Биология САНКТ-ПЕТЕРБУРГ ИЗДАТЕЛЬСТВО С.-ПЕТЕРБУРГСКОГО УНИВЕРСИТЕТА 19 9 7 УДК 633.2/3 И76 Рецензенты: д-р биол. наук В. И. Василевич (БИН РАН), кафедра бо таники и экологии растений Воронежского университета (зав. ...»

«Петра Ньюмейер – Натуральные антибиотики ЗАЩИТА ОРГАНИЗМА БЕЗ ПОБОЧНЫХ ЭФФЕКТОВ МИР КНИГИ ББК 53.52 Н92 Petra Neumayer NATRLICHE ANTIBIOTIKA Ньюмейер, Петра Н 92 Натуральные антибиотики. Защита организма без побочных эффектов. / Пер. с нем. Ю. Ю. Зленко — М.: ООО ТД Издательство Мир книги, 2008. — 160 с. Данная книга является уникальным справочником по фитотерапии. Автор простым и доступным языком излагает историю открытия натуральных антибиотиков, приводит интересные факты, повествующие об их ...»

«Министерство сельского хозяйства Российской Федерации ФГБОУ ВПО Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина Первая ступень в науке 2 часть Сборник трудов ВГМХА по результатам работы II Ежегодной научно-практической студенческой конференции Экономический факультет Вологда – Молочное 2013 ББК: 65.9 (2Рос – в Вол) П 266 Редакционная коллегия: к.э.н., доцент Медведева Н.А.; к.э.н., доцент Юренева Т.Г.; к.э.н., доцент Иванова М.И.; к.э.н., доцент Бовыкина М.Г.; ...»

«И.П. Айдаров, А.И. Корольков ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ КОМПЛЕКСНЫХ МЕЛИОРАЦИЙ В РОССИИ МОСКВА, 2003 1 УДК В книге на основании обобщения результатов многолетних опытно-производственных и теоретических исследований и имеющегося опыта рассмотрены проблемы природопользования в сфере АПК и особенности природно-хозяйственных условий экономических районов. Дан анализ изменения основных свойств природных ландшафтов при трансформации их в агроландшафты. Выявлены причинно-следственные связи, на основании ...»

«Управление по охране окружающей среды Пермской области Пермский государственный университет Пермский государственный педагогический университет Жемчужины Прикамья (По страницам Красной книги Пермской области) Пермь 2003 УДК 574 ББК 28.088 Ж53 ЖЕМЧУЖИНЫ ПРИКАМЬЯ (По страницам Красной книги Пермской области) Издание предназначено для школьников, изучающих биологию и эко- логию в средних школах и лицеях по всем действующим программам, в ка честве регионального материала, а также в учреждениях ...»

«Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Пермская государственная сельскохозяйственная академия имени академика Д.Н. Прянишникова ИННОВАЦИОННОМУ РАЗВИТИЮ АПК – НАУЧНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ Сборник научных статей Международной научно-практической конференции, посвященной 80-летию Пермской государственной сельскохозяйственной академии имени академика Д.Н. Прянишникова (Пермь 18 ноября 2010 года) Часть ...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РЕСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ООО БАШКИРСКАЯ ВЫСТАВОЧНАЯ КОМПАНИЯ НАУЧНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ УСТОЙЧИВОГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ И РАЗВИТИЯ АПК Часть III НАУЧНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ ЖИВОТНОВОДСТВА И ПЧЕЛОВОДСТВА ВЕТЕРИНАРНАЯ НАУКА – ПРОИЗВОДСТВУ Материалы всероссийской ...»

«Министерство сельского хозяйства РФ Департамент научно-технологической политики и образования Министерство сельского хозяйства Иркутской области Иркутская государственная сельскохозяйственная академия Аграрный университет, Краков, Польша Монгольский государственный сельскохозяйственный университет Белорусская государственная сельскохозяйственная академия Казахский национальный аграрный университет ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ АГРАРНОГО ПРОИЗВОДСТВА ЕВРАЗИИ Материалы ...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Е.Г. Парамонов, А.А. Маленко ОСНОВЫ ЛЕСОВОДСТВА И ЛЕСОПАРКОВОГО ХОЗЯЙСТВА Учебное пособие Барнаул Издательство АГАУ 2007 УДК 634.0.2.(635.91) Парамонов Е.Г. Основы лесоводства и лесопаркового хо зяйства: учебное пособие / Е.Г. Парамонов, А.А. Маленко. Бар наул: Изд-во АГАУ, 2007. 170 с. Учебное издание ...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Е.Г. Парамонов, А.П. Симоненко ОСНОВЫ АГРОЛЕСОМЕЛИОРАЦИИ Учебное пособие Барнаул Издательство АГАУ 2007 УДК 634.0.2.(635.91) Основы агролесомелиорации: учебное пособие / Е.Г. Пара монов, А.П. Симоненко. Барнаул: Изд-во АГАУ, 2007. 224 с. В учебном издании приведены основные положения, рас крывающие ...»

«издательство ВАЛЕНТИН Владивосток Издательство Валентин 2012 УДК 94(571.6) ББК 63.3 П13 Пак В. П13 Земля вольной надежды. Книга 1. Очерки дореволюци- онной истории Надеждинского района / В. Пак. – Вла- дивосток: Валентин; 2011. – 216с. ISBN 978-5-9901711-5-2 Земля Вольной Надежды раскрывает страницы истории На- деждинского района. Повествование охватывает в основном период с середины ХIХ века по 1917 год, когда шло заселение далёкой окраи ны, развивающей российскую государственность с момента ...»

«5 Turczaninowia 2002, 5(3) : 5–114 СИСТЕМАТИЧЕСКИЕ ОБЗРОРЫ УДК 582.683.2(47) В.И. Дорофеев V. Dorofeyev КРЕСТОЦВЕТНЫЕ (CRUCIFERAE JUSS.) ЕВРОПЕЙСКОЙ РОССИИ CRUCIFERAE OF EUROPEAN RUSSIA Предлагаемый Вашему вниманию список сем. Cruciferae Европейской России является второй большой попыткой познакомить читателей Turczaninowia с представителями европейских крестоцветных. Первая работа, опубликованная в 3 выпуске за 1998 год, касалась крестоцветных Средней полосы европейской части Российской ...»

«ЧТЕНИЯ ПАМЯТИ АЛЕКСЕЯ ИВАНОВИЧА КУРЕНЦОВА A. I. Kurentsov's Annual Memorial Meetings _ 2011 вып. XXII УДК 595.7.001 А.И. КУРЕЦОВ: ДНЕВНИК ОБ ЭКСПЕДИЦИИ В УССУРИЙСКИЙ КРАЙ В 1928 ГОДУ Ю.А Чистяков Биолого-почвенный институт ДВО РАН, г. Владивосток Приведены дневниковые записи А.И. Куренцова за время его шестимесячной экспедиции в Уссурийский край в 1928 г. Записи содержат данные о растениях и растительности, насекомых, птицах и других животных, встреченных А.И. Куренцовым во время экскурсий, ...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Н.Д. ОВЧАРЕНКО, О.Г. ГРИБАНОВА БИОЛОГИЯ ЖИВОТНЫХ УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ Барнаул Издательство АГАУ 2012 УДК 574. (072) Рецензенты: д.б.н., профессор, зав. кафедрой экологии Алтайского государст венного университета Г.Г. Соколова; к.б.н., доцент кафедры генетики и разведения сельскохозяйствен ных ...»

«1 Основы идеологии белорусского государства Под общей редакцией профессора С.Н. Князева и профессора С.В. Решетникова МИНСК 2004 2 УДК ББК И Авторский коллектив: кандидат юридических наук, профессор Князев С.Н., доктор политических наук, профессор Решетников С.В., доктор юридических наук, профессор Василевич Г.А., доктор политических наук, профессор Земляков Л.Е., кандидат философских наук, доцент Денисюк Н.П., кандидат политических наук, доцент Антанович Н.А., доктор философских наук, ...»






 
© 2013 www.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.