ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2004, № 8, с. 961-966
^ БИОЛОГИЯ ^^^^^^^^^^^^^^^^
ПОЧВ
УДК 579.0:633.16
ВЛИЯНИЕ КИСЛОТНОСТИ ПОЧВЫ И ТОКСИЧНОСТИ АЛЮМИНИЯ НА СТРУКТУРУ МИКРОБНОЙ БИОМАССЫ В РИЗОСФЕРЕ ЯЧМЕНЯ*
© 2004 г. И. Г. Широких2, А. А. Широких2, Н. А. Родина1, Л. М. Полянская2, О. А. Бурканова2
1 Зональный НИИСХ Северо-Востока им. Н.В. Рудницкого РАСХН, Киров, ул. Ленина, 66а 2 Факультет почвоведения МГУ, 119192 ГСП-2, Ленинские горы Поступила в редакцию 07.04.2003 г.
Изучена динамика численности и биомассы бактерий, актиномицетного мицелия, мицелия и спор грибов в ризосфере шести сортов ячменя на дерново-подзолистой почве методом люминесцентной микроскопии. Выявлена зависимость показателей обилия эукариотных микроорганизмов от фона (кислая и известкованная почва) и фазы развития растений; прокариотных - от фазы развития растений. По концентрации микробной биомассы и темпам колонизации корней бактериями, грибами и актиномицетами скороспелый ячмень Дина достоверно превосходил позднеспелый сорт Дуэт. Обнаружены генотипичес-кие различия по уровню отклика различных групп микроорганизмов на стресс в прикорневой зоне сортов, контрастных по чувствительности к кислотности почвы и ионам алюминия.
ВВЕДЕНИЕ
Важная роль почвенных и ризосферных микроорганизмов в развитии микробного патогенеза, а также их участие в снабжении растений элементами минерального питания, витаминами, фито-гормонами и другими факторами роста определяют устойчивый интерес к исследованию экологии микроорганизмов в ризосфере сельскохозяйственных растений. Изучение факторов, обуславливающих колонизацию поверхности корней различными группами микроорганизмов, является важной предпосылкой к направленному регулированию в ризосфере численности микроорганизмов, обладающих как полезными, так и неблагоприятными для растений свойствами.
К числу важных факторов, угнетающих рост и развитие растений и оказывающих селективное действие на различные группы микроорганизмов, относятся почвенная кислотность и связанная с нею токсичность ионов алюминия. Работы, посвященные изучению влияния высоких концентраций ионов водорода и алюминия на популяции ассоциированных с корнями растений микроорганизмов, немногочисленны [1, 13], в то время как действие токсических ионов в отношении растений [15-17] интенсивно изучается. Основное внимание исследователей сосредоточено на таких специализированных группах микроорганизмов, как азотфиксирующие симбиотические бактерии [14, 18, 19] и фосфатмобилизующие микоризные
грибы [10-12].
*
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ,
грант < 03-04-48620.
Выявление различий в структуре микробных комплексов под воздействием стрессовых факторов представляет, с практической точки зрения, особый интерес для различных сортов в пределах вида. Поскольку такие различия контролируются генетически, их необходимо учитывать при создании новых сортов, способных максимально использовать потенциал положительных эффектов взаимодействия с микроорганизмами и сохранять высокую продуктивность в стрессовых условиях.
Целью работы являлось изучение факторов, обуславливающих концентрацию микроорганизмов в ризосфере ячменя и сравнительная оценка предрасположенности сортов к заселению корней различными группами микроорганизмов на кислой и известкованной дерново-подзолистой почве.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
Эксперимент проводили в условиях вегетационного опыта. Для обеспечения максимально выровненных условий роста и развития растений ячмень выращивали в летний период, при естественном световом и температурном режимах, в деревянных емкостях размером 2.0 х 1.5 х 0.5 м, содержащих кислую (рН солевой вытяжки 3.453.50) дерново-подзолистую суглинистую почву с содержанием А1203 11.38-11.69 мг/100 г и гидролитической кислотностью 5.80-5.88 мг/экв на 100 г почвы. Контролем служила такая же почва при известковании по полной гидролитической кислотности (рН солевой вытяжки 5.9-6.0, подвижных форм алюминия нет).
Дуэт
1
Дина
1
3
Рис. 1. Динамика численности бактерий в ризосфере различных сортов ячменя на кислом (1) и известкованном фоне (2): 1 - кущение, 2 - колошение, 3 - молочно-восковая спелость.
В работе использовали сорта селекции Зонального НИИСХ Северо-Востока с различной степенью устойчивости к токсичности ионов водорода и алюминия: Новичок, Дуэт, 999-93, 889-93, Дина (в порядке возрастания потерь урожая на кислой алюмосодержащей почве) и чувствительный к почвенной кислотности и алюминию сорт Кумир селекции Одесского селекционно-генетического института. Образцы ризосферной почвы с корнями отбирали 18 мая, 26 июня и 25 июля, что соответствовало вступлению растений большинства сортов в фазы кущения, колошения и молочно-восковой спелости. Образцы хранили до проведения анализа при естественной влажности и температуре -18°С в морозильной камере.
Общее количество бактерий, спор грибов, грибного и актиномицетного мицелия определяли с помощью метода люминесцентной микроскопии [5]. При количественном учете клеток почвенных бактерий препараты окрашивали водным раствором акридина оранжевого, а для окраски мицелия и спор грибов применяли калькоф-луор белый [7]. Расчеты биомассы проводили, учитывая, что биомасса сухого вещества для одной бактериальной клетки объемом 0.1 мкм3 составляет 2 х 10-14 г, 1 м актиномицетного мицелия диаметром 0.5 мкм - 3.9 х 10-8 г, 1 м грибного мицелия диаметром 5 мкм - 3.9 х 10-6 г и 1 грибной споры - 1 х 10-11 г [4, 6].
Экспериментальные данные обрабатывали стандартными методами расчета доверительных интервалов, парных сравнений и дисперсионного анализа с использованием компьютерной программы 81а1§гарЫс8.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Численность бактерий в ризосфере ячменя на дерново-подзолистой почве колебалась в пределах от 1 до 5.5 млрд кл/г. Существенные различия по плотности бактерий в ризосфере выявлены (методом парных сравнений) между сортами с различной продолжительностью вегетационного периода: скороспелым сортом Дина (3.15 ± 0.30 млрд кл/г) и позднеспелым Дуэтом (2.27 ± 0.30 млрд кл/г). Среднеспелые сорта Новичок, 999-93, 889-93 и Кумир по обилию бактерий в прикорневой зоне занимали промежуточное положение и между собой достоверно не различались (2.55-2.93 ± 0.30 млрд кл/г).
Фаза развития растений, как фактор, оказала существенное влияние на варьирование показателя численности бактерий в ризосферной почве. Максимум численности бактерий пришелся на период колошения ячменя, когда этот показатель возрос по сравнению с фазой кущения в 4 раза и составил в среднем по сортам 4.08 ± 0.213 млрд кл/г почвы.
В прикорневой зоне растений, выращиваемых на кислом фоне, численность бактерий в фазе колошения возрастала в среднем по сортам более значительно, чем при выращивании растений на известкованной почве (рис. 1). Очевидно, это связано с усилением корневой экскреции, отмечаемым у растений при стрессе многими авторами [3, 17]. Однако увеличение численности бактерий под влиянием кислотности произошло в ризосфере устойчивых сортов Новичок, 999-93, 889-93, Дина, а позднее - в фазе молочно-восковой спелости - и на корнях сорта Дуэт. В ризосфере чувствительного к стрессу сорта Кумир численность бактерий в кислой почве была в фазе колошения ниже, чем в почве известкованной. Эти результаты совпадают с ранее обнаруженными нами (по
м/г 350
250
150
50
350 250 150 50
-93
Кумир
0
Дуэт
Дина
1
3
Рис. 2. Динамика длины мицелия актиномицетов в ризосфере различных сортов ячменя на кислом (1) и известкованном фоне (2): 1 - кущение, 2 - колошение, 3 - молочно-восковая спелость.
данным чашечного посева) особенностями в заселении бактериями корней неодинаковых по устойчивости сортов [8].
Амплитуда колебаний длины актиномицетного мицелия в ризосфере ячменя составляла от 64 до 400 м/г почвы. Варьирование плотности прока-риотного мицелия достоверно определялось влиянием фазы развития растений. Отмеченная в литературе тенденция к увеличению в ризосфере количества мицелиальных прокариот на поздних стадиях [12], нами не выявлена. Очевидно, развитие актиномицетов в этом местообитании, как и развитие немицелиальных бактерий, связано, несмотря на способность многих представителей порядка Actinomycetales к выделению экзогидро-лаз и усвоению труднодоступных растительных полимеров, в основном, с прижизненной экскрецией корней. Это предположение подтверждается динамикой плотности актиномицетного мицелия, аналогичной динамике численности бактерий: показатель достигал максимума в фазе колошения растений, причем у устойчивых сортов более значительно в ризосфере на кислом фоне, а у чувствительного сорта Кумир - на известкованном (рис. 2). Только в ризосфере ячменя Дуэт длина мицелия актиномицетов на кислом и известкованном фоне сохранялась на одном уровне в течение всего срока наблюдений.
Межсортовые различия в характере отклика на стресс ризосферных популяций бактерий и актиномицетов объясняется различиями в стимуляции алюминием корневой экскреции у чувствительных и устойчивых к нему генотипов. Рядом авторов в условиях стресса, вызванного избытком алюминия, были выявлены различия в выделении органических кислот, главным образом -яблочной и лимонной, корнями толерантных и чувствительных к стрессу сортов ячменя [3], пшеницы [9] и других культур.
Длина грибного мицелия в ризосфере растений ячменя изменялась в пределах от 120 до 930 м/г, плотность грибных спор от 7.3 до 20 млн кл/г. Выявлено достоверное варьирование плотности мицелия и спор грибов в зависимости от кислотности почвы и фазы развития растений. Наиболее значимым фактором был фон выращивания растений (кислая или известкованная почва). На кислом фоне плотность грибного мицелия была в среднем по сортам в 1.9 раза выше, чем в известкованной почве. На корнях отдельных сортов выраженность реакции эукариотного мицелия на изменение кислотности среды значительно варьировала (рис. 3). В кислой ризосферной почве чувствительного сорта Кумир плотность мицелия грибов по сравнению с известкованным фоном увеличилась в 2.4 раза, а в ризосфере устойчивого сорта Новичок - только в 2.4 раза. Одной из причин различного уровня
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.