научная статья по теме КОНСОРЦИУМЫ МИКРООРГАНИЗМОВ, ПЕРСПЕКТИВНЫХ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ БИОУДОБРЕНИЯ ДЛЯ РИСОВЫХ КУЛЬТУР Биология

Текст научной статьи на тему «КОНСОРЦИУМЫ МИКРООРГАНИЗМОВ, ПЕРСПЕКТИВНЫХ ПРИ ПОЛУЧЕНИИ БИОУДОБРЕНИЯ ДЛЯ РИСОВЫХ КУЛЬТУР»

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.

Показать целиком