МИКРОБИОЛОГИЯ, 2014, том 83, № 4, с. 467-474
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
УДК 579.64+663.1
КОНСОРЦИУМЫ МИКРООРГАНИЗМОВ, ПЕРСПЕКТИВНЫХ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ БИОУДОБРЕНИЯ ДЛЯ РИСОВЫХ КУЛЬТУР
© 2014 г. Б. К. Заядан*, Д. Н. Маторин**, Г. Б. Баймаханова*, К. Болатхан*,
Г. Д. Ораз*, А. К. Саданов***
*Казахский национальный университет имени аль-Фараби, Алматы, Казахстан **Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова ***Институт микробиологии и вирусологии КН МОН РК, Алматы, Казахстан Поступила в редакцию 16.01.2014 г.
Выделены и охарактеризованы 2 культуры цианобактерий из рисовых чеков Кызылординской области Республики Казахстан: АпаЬаепа variabilis, Nostoc calsicola. На основе этих культур созданы новые консорциумы цианобактерий, микроводорослей и азотобактерий (ZOB-1 — Anabaena variabilis— Chlorella vulgaris—Azotobacter sp., ZBOB-2 — Nostoc calsicola—Chlorella vulgaris—Azotobacter sp.). Подтверждена высокая скорость роста и фотосинтетическая активность для микроводорослей в этих консорциумах. Отобран активный консорциум ZOB-1, увеличивающий прорастание и рост рисовых растений. ZOB-1 рекомендован к применению как биостимулятор и биоудобрение для сельскохозяйственных культур.
Ключевые слова: консорциум, цианобактерия, азотобактерия, микроводоросль, биостимуляция и биоудобрения.
DOI: 10.7868/S002636561404017X
Цианобактерии играют большую роль в повышении плодородия почв путем фиксации атмосферного азота [1]. Перспективность применения азотофиксирующих цианобактерий в земледелии связана с их участием в круговороте азота, который существенно влияет на урожайность высших растений. Цианобактерии наряду с другими почвенными организмами участвуют в создании гумусовых веществ почвы. Кроме того, многие виды цианобактерий, используемые для альголизации почв, оказывают фунгистатическое и фунгицид-ное действие [2]. Положительный эффект инокуляции объясняется не только азотфиксирующей активностью цианобактерий, но и продуцированием ими биологически активных веществ и стимулирующим влиянием на гетеротрофные микро-организмы-азотфиксаторы. В последнее время утвердилось мнение о перспективности применения в агробиотехнологии не одновидовых популяций микроорганизмов, а их ассоциаций, т.е. консорциумов, в которых экобиотехнологический потенциал микроорганизмов проявляется более полно. При этом достигается разнонаправлен-ность действия, не только аддитивный, но и си-нергический эффект, увеличиваются шансы приживления инокулюма [3]. Отмечено преимуще-
1 Автор для корреспонденции (e-mail: zbolatkhan@mail.ru).
ство консорциумов микроорганизмов перед монокультурами: универсальность (поливалентность); способность к саморегуляции за счет изменения соотношения численности видов, входящих в консорциум; способность утилизировать неоднородные по составу субстраты; возможность использовать более бедные и менее ценные питательные среды за счет обогащения их продуктами жизнедеятельности микроорганизмов-партнеров; более полное использование функциональных возможностей микроорганизмов; более низкая стоимость, лучшая экономичность; возможность создания эффективных биологических систем в многочисленных производствах, связанных с микробиологией. Цианобактерии в качестве партнеров таких ассоциаций исследованы незначительно. В то же время они являются непременным компонентом микробиоты почвы с потенциальной способностью давать вспышки размножения на ее поверхности, обладают агрономически значимой азотфиксацией и являются первичными продуцентами органического вещества. Способность к синтезу физиологически активных веществ, стимулирующих корнеобразова-ние у высших растений, делает их объектом пристального внимания микробиологов и биотехнологов. Однако, с точки зрения целенаправленного конструирования микробных кон-
сорциумов, практически вне поля зрения осталась необычная коммуникабельность цианобактерий, т.е. их способность вступать в прочные или временные связи с самыми обычными почвенными бактериями. Все вышесказанное обусловливает своевременность исследований этих организмов как объектов биотехнологии [4—6].
Целью данной работы было выделение и исследование культур азотофиксирующих цианобактерий из рисовых чеков и создание на основе микробных консорциумов для получения эффективных биопрепаратов с целью использования в агробиотехнологии растений риса.
МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Объектом исследований послужили пробы, отобранные на рисовых полях Казахского НИИ рисоводства им. Ибрая Жахаева, Республика Казахстан (РК). Сбор материала производили с марта по июнь 2012 г. Определение видового состава цианобактерий в пробах из различных водных экосистем проводили по методике Сиренко с использованием определителей [7—9]. Для выделения аль-гологически чистой культуры из накопительной применяли микробиологические методы — разделения, пересевов. Для оценки активности ци-анобактерий использовали их альгологически и бактериологически чистые формы [10, 11].
Для проверки на бактериальную чистоту культуры пересевали в стерильный 0.25% мясной бульон. По помутнению бульона определяли чистоту культуры. Микроскопирование проводили на микроскопе Meiji (Япония). Исследование динамики роста культур проводили по определению оптической плотности на спектрофотометре PD-303 (Япония) при длине волны 750 нм [12].
Измерения активности фотосинтеза проводили на импульсном флуорометре Water PAM ("Walz", Германия). В адаптированных к темноте образцах регистрировали постоянную ^о) и максимальную флуоресценцию (Fm). Измерения световых зависимостей различных параметров флуоресценции на свету выполняли при последовательном увеличении интенсивности от 0 до 800 мкЕ/м2 с [13]. Время освещения составляло 50 с. В конце каждого сеанса освещения при определенной интенсивности с использованием насыщающей вспышки (0.8 с, 3000 мкЕ/м2 с) регистрировали параметры Fm', а также выход флуоресценции на свету F(t). На основании всех параметров рассчитывали квантовый выход фотохимического превращения поглощенной световой энергии в фотосистеме 2 (ФС2) как отношение Y= (Fm' — Ft)/Fm' и относительную скорость нециклического электронного транспорта при данной интенсивности света ETR. Скорость транспорта электронов рассчитывали по формуле
ETR = Y х Ej, х0.5, где Ej — освещенность, мкЕ/м2 с [13, 14].
Для создания консорциума помимо цианобактерий были использованы штаммы Chlorella vulgaris Z-1 из коллекции кафедры биотехнологии КазНУ им. Аль-Фараби и штамм Azotobacter sp. из коллекции Института микробиологии и вирусологии РК. Культуры водорослей культивировали на среде Громова, культуру Azotobacter sp. — на среде Эшби. Для выращивания консорциумов была составлена среда культивирования из этих двух сред в равных долях.
Лабораторные опыты по проверке всхожести семян риса сорта "Ак маржан" проводили по методике Нургасенова и др. [15]. Обработанные семена помещали в чашки Петри с увлажненной трехслойной фильтровальной бумагой. В каждую чашку раскладывали по 10 семян. Влажные камеры выдерживали при температуре 20—22°С, при освещении и ежедневно учитывали количество проросших семян и интенсивность роста проростков.
Все измерения проводили не менее, чем в пяти повторностях. На представленных рисунках приведены результаты трех серий опытов при расчете стандартных отклонений для вероятностир > 0.95.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
При создании консорциумов для использования в агробиотехнологии растений риса необходимо выделить высокопродуктивные ценные штаммы и виды цианобактерий. При этом штаммы надо сравнительно изучить в определенных условиях культивирования.
В ходе проведенных исследований из рисовых чеков были выделены 4 альгологические чистые культуры цианобактерий (Anabaenа variabilis, Spi-rulina sp. K-1, Oscillatoria sp. K-1, Nostoc calsicola). В результате многократных пересевов получены популяции клеток альгологически чистых ци-анобактерий, развивающихся из одной клетки.
Nostoc calsicola относится к группе цианобакте-рий, порядок Nostocales, род Nostoc. Трихомы одиночные, прямые, состоят из шарообразных клеток, среди которых встречаются гетероцисты и реже акинеты. Для культивирования использовалась среда Громова.
Spirulina sp. K-1 по систематическому положению относится к цианобактериям, порядок Osci-llatoriales, род Spirulina, нитчатые. Клетки образуют правильные спирали. Трихомеры светлые, сине-зеленые, их диаметр 1—2 мкм, шаг спирали 2.7— 5 мкм. В основном, растут на среде Заррука, образуя скопления на стенках посуды.
Oscillatoria sp. K-1 относится к цианобактериям, порядок Oscillatoriales, род Oscillatoria. Трихомы синевато-зеленого цвета, прямые, у поперечных перегородок не перешнурованные, к концам
Сутки
Рис. 1. Динамика роста культур цианобактерий
A. variabilis (1), N. calsicola (2), Oscillatoria sp. K-1 (3) и
Spirulina sp. K-1 (4) в среде без добавления азота.
не утонченные, длина больше ширины. Выделяли и культивировали на питательной среде Громова.
Anabaena variabilis относится к группе цианобактерий, порядок Nostocales, род Anabaena. Трихомы одиночные, очень часто в клубках, состоят из шарообразных клеток, среди которых встречаются гетероцисты и реже акинеты. Трихомы своим строением очень напоминают трихомы ностока. Большей частью они спирально или кольцеобразно свернуты, реже прямые. Для культивирования используется среда Громова.
Определение способности выделенных штаммов цианобактерий к росту без добавления источника азота. Для выявления способности к азотфикса-ции цианобактерий обычно исследуют динамику их роста по приросту биомассы на среде без источника азота [16, 17]. Результаты наших опытов при культивировании культур на среде без источника азота показали, что из всех выделенных ци-анобактерий наибольшей активностью обладают культуры A. variabilis и N. calsicola (рис. 1). Рост клеток культур Spirulina sp. K-1, Oscillatoria sp. K-1 был намного ниже по сравнению с ростом культур A. variabilis и N. calsicola.
Высокая активность роста культур A. variabilis и N. calsicola на питательной среде без добавления азота свидетельствует, что эти культуры более эффективно
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.