АГРОХИМИЯ, 2015, № 9, с. 75-79
ЭКОТОКСИКОЛОГИЯ
УДК 549.252:576.851.13:581.191
УСТОЙЧИВОСТЬ РАСТЕНИЙ ЯЧМЕНЯ К ВЫСОКОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ СВИНЦА ПРИ ИНОКУЛЯЦИИ РОСТСТИМУЛИРУЮЩЕЙ РИЗОСФЕРНОЙ БАКТЕРИЕЙ НА СЕРОЙ ЛЕСНОЙ ПОЧВЕ*
© 2015 г. В.П. Шабаев
Институт физико-химических и биологических проблем почвоведения 142290 Пущино, Московская обл., ул. Институтская, 2, Россия E-mail: VPSH@rambler.ru
Поступила в редакцию 07.04.2015 г.
В вегетационном опыте изучено влияние ростстимулирующей ризосферной бактерии Pseudomonas fluorescens 21 на рост растений ячменя и поглощение свинца растениями при искусственном загрязнении серой лесной почвы водорастворимым соединением тяжелого металла, внесенным в дозе 1 г Pb/кг почвы. Установлено снижение содержания Pb в вегетативных органах растений в фазах кущения и трубкования вследствие усиления барьерных функций почвы и корневой системы растений, инокулированных бактерией. Изучены фракционный состав соединений Pb в почве методом последовательных селективных вытяжек в фазе кущения и содержание металла во фракции, извлеченной из почвы ацетатно-аммонийным буфером. Снижение поглощения свинца растениями, инокулированными бактерией, соответствовало увеличению связывания металла в почве в виде органических соединений, экстрагируемых пирофосфатом калия, и комплексов, экстрагируемых ацетатно-аммонийным буфером в начале и в первой половине вегетационного периода. Таким образом, уменьшалась биодоступность металла и не изменялась реакции почвенной среды. Инокуляция бактерией Pseudomonas fluorescens 21 снижала фитотоксичность свинца.
Ключевые слова: устойчивость растений, ячмень, свинец, ростстимулирующая ризосферная бактерия Pseudomonas fluorescens 21, серая лесная почва.
ВВЕДЕНИЕ
Свинец, попадая на земную поверхность, оказывает негативное воздействие на экосистемы. При высокой концентрации в почве свинец накапливается в растениях, угнетает их рост, приводит к потере продуктивности сельскохозяйственных культур и повышению содержания этого токсичного металла в растительной продукции [1]. Почвенные микроорганизмы участвуют в превращениях всех без исключения элементов, имеющихся в земной коре, оказывая влияние на изменение их формы, подвижности и токсичности [2]. Накопление тяжелых металлов (ТМ) в почве снижает видовое разнообразие почвенной микрофлоры и ингибирует многие микробиологические процессы [2]. В связи с этим особую актуальность приобретает применение ризосферных микроорганизмов, устойчивых к негативному влиянию ТМ и повышающих толерантность растений к
* Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, проект № 12-04-01205-а.
стрессу, вызванному загрязнением почвы токсичными элементами, в том числе высокими концентрациями свинца. Почвы, обладая значительной буферной способностью, уменьшают подвижность и биодоступность свинца, тем самым снижая его негативное воздействие на растения [1]. Кроме того, установлено, что подавляющая часть свинца, поступившего в зерновые культуры, концентрируется в корневой системе [3]. Изучение показателей барьерных функций почвы и растений при инокуляции ризосферными бактериями позволит установить механизмы устойчивости инокулированных бактериями растений к токсическому действию свинца.
Цель исследования - изучение влияния ростстимулирующей ризосферной бактерии Р. fluores-евт 21 на рост растений ячменя и поведение свинца в системе почва-растение при искусственном загрязнении серой лесной почвы водорастворимым соединением свинца - азотнокислым свинцом в дозе 1 г РЬ/кг почвы.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Исследование проводили в вегетационном опыте при выращивании ячменя сорта Суздалец на серой лесной почве юга Московской обл. Испытывали стимулирующий рост различных сельскохозяйственных культур вид бактерии Р. flиогеяеепя штамм 21 [4]. Изученный в данной работе штамм обладал устойчивостью к высоким концентрациям свинца (до 1 г РЬ/л питательной среды) и стимулировал рост растений, значительно снижая поступление в них свинца, при искусственном загрязнении серой лесной почвы тяжелым металлом (200 мг РЬ/кг почвы) в предыдущих вегетационных опытах [5]. Для опытов использована бывшая пахотная среднесуглинистая серая лесная почва (слой 0-20 см), последние 2-4 года находившаяся в условиях залежи на опытно-полевой станции института. Влажность почвы при закладке опыта составляла 11%. Химические показатели почвы опубликованы ранее [5].
В сосудах диаметром 10 см и высотой 11 см, наполненных 800 г почвы, выращивали по 5 растений в течение 45 сут до фазы колошения. В одном варианте растения выращивали без внесения РЬ и без инокуляции бактерией, в двух других -на фоне загрязнения почвы РЬ без инокуляции и при инокуляции бактерией Р. ААиогезеет 21. В почву вносили РЬ(К03)2 (Мегск, Германия) из расчета 1 г РЬ/кг почвы. Перед посевом семян во всех вариантах в почву вносили ^00Р100К100 в виде азотнокислого аммония, двухзамещенного фосфорнокислого калия и сернокислого калия. Все варианты выравнивали по количеству внесенного в почву азота, добавляя в вариантах с загрязнением РЬ(К03)2 дополнительное количество азотнокислого аммония, таким образом доводя дозу азота до уровня в варианте без внесения РЬ и инокуляции. При посеве семена раскладывали на почве и инокулировали водными суспензиями чистой культуры бактерии из расчета 108 кл./на растение. В вариантах без инокуляции вносили адекватное количество автоклавированной бактериальной суспензии. Влажность почвы в сосудах в течение вегетационного периода поддерживали на уровне 60% ПВ. Повторность опыта двенадцатикратная. В фазах кущения, трубкования и колошения растения 4-х повторностей опыта срезали, корни отмывали от почвы водопроводной, а затем дистиллированной водой.
Растения высушивали при 70°С, размалывали до одинаковой консистенции, почву высушивали до воздушно-сухого состояния. Растительный материал анализировали на содержание РЬ после мокрого озоления 1 г материала в смеси концен-
трированных кислот HNO3 и HClO4 (2 : 1). Из почвы экстрагировали Pb 1 н. ацетатно-аммоний-ным буфером рН 4.8. Кроме того, в фазе кущения ячменя фракционировали соединения свинца в почве методом последовательных селективных вытяжек [6]. Выделяли следующие фракции Pb: обменную - экстрагент 0.05 М Са^03)2, специфически сорбированную - 2.5% CH3C00H, связанную с органическим веществом - 0.1 М K4P207 и связанную с железистыми минералами -реактив Тамма при облучении ультрафиолетом. В растворах определяли содержание Pb на атомно-абсорбционном спектрометре AA240FS (Perkin Elmer, США). Содержание Pb в остаточной фракции почвы, связанной с глинистыми минералами, рассчитывали по разности между внесенным количеством металла и суммой его содержания в выделенных фракциях. Кроме того, в почвенной суспензии определяли pH на рН-метре "pH 211" (HANNA instruments, Германия).
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
При загрязнении почвы свинцом без внесения бактерии P. fluorescens 21 установлено значительное увеличение содержания тяжелого металла в растениях ячменя по сравнению с вариантом без внесения металла и бактерии (табл. 1). Под влиянием инокуляции бактерией этот показатель в зеленой массе растений в фазе кущения уменьшился в 2.2 раза, в фазе трубкования - в 1.7 раза по отношению к варианту с внесением свинца без инокуляции. Напротив, в корнях инокулирован-ных бактерией растений содержание свинца при этом возросло в 1.3-1.4 раза. Необходимо отметить, что в корневой системе загрязненных растений содержалось более чем на порядок больше металла по сравнению с вегетативной массой. В эти фазы развития растений ячменя установлено токсическое действие свинца, которое выражалось в уменьшении биомассы надземных органов и корней. Инокуляция бактерией в условиях загрязнения почвы свинцом оказала положительное влияние на рост растений в фазах кущения и труб-кования, увеличивая при этом биомассу надземной части и корней. Кроме того, при применении бактерии не обнаружено токсического действия ТМ: вегетативная биомасса инокулированных растений была такой же, как в варианте без загрязнения почвы и инокуляции, а корневая масса увеличилась в 1.4-1.8 раза. В фазе колошения на фоне значительного уменьшения токсического действия свинца по мере развития растений стимулирующий эффект бактерии на рост растений проявлялся в виде тенденции, и не было обнару-
устойчивость растении ячменя...
77
Таблица 1. Биомасса растений ячменя и содержание РЬ в растениях
Фаза развития растений Вариант Масса растений, г сухого вещества/сосуд Содержание РЬ в растениях, мг/кг сухого вещества
зеленая масса корни зеленая масса корни
без РЬ и инокуляци 0.61а 0.12 3а 9а
Кущение РЬ без инокуляции 0.53 0.10 116 1565
РЬ + Р. fluoresеens 21 0.65а 0.18а 54а 2075а
без РЬ и инокуляци 4.32а 1.48 Следы Следы
Трубкование РЬ без инокуляции 3.47 1.39 48 482
РЬ + Р. fluoresеens 21 4.51а 1.88а 28а 697а
без РЬ и инокуляци 12.3 2.19 Следы Следы
Колошение РЬ без инокуляции 11.3 2.02 16 463
РЬ + Р. fluoresеens 21 12.8 2.27 16 461
Примечания. 1. Представлены средние из 4-х повторностей опытов. 2. Ошибки 3. Величины, обозначенные буквой "а", отличаются от величин в вариантах "РЬ без развития растений при уровне значимости 5%. То же в табл. 2.
определения РЬ не превышали 15%. инокуляции" в соответствующие фазы
жено существенных изменений содержания ТМ в зеленой массе и корнях.
На долю РЬ, перешедшего из почвы в вытяжку ацетатно-аммонийного буфера, в фазе кущения приходилось от 44 до 53%, в фазе трубкования -от 40 до 47%, в фазе колошения - от 36 до 42% от
Таблица 2. Содержание РЬ в почве (ААБ*-вытяжка) и реакция почвенной среды
Фаза развития растений Вариант РЬ, мг/кг почвы рНКС1
Кущение Без РЬ и Не опре- 6.04 ± 0.18
инокуляции РЬ без иноку- деляли 435 ± 61 6.19 ± 0.18
ляции РЬ + Р. fluores- 526± 79а 6.26 ± 0.15
Трубкование еens 21 Без РЬ и Не опре- 6.22 ± 0.08а
инокуляции РЬ без иноку- деляли 397 ± 52 6.45 ± 0.07
ляции РЬ + Р. fluores- 465 ± 74а 6.53 ± 0.07
Колошение еens 21 Без РЬ и Не опре- 6.85 ± 0.05а
инокуляции РЬ без иноку- деляли 357 ± 64 7.09 ± 0.05
ляции РЬ + Р. fluores- 416±58а 7.09 ± 0.
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.