Влияние засоления почв на физиологическую активность бактерий рода Azotobacter



В России широко распространены засоленные почвы [1]. Одним из самых обширных является регион Западной Сибири, площадь засоленных почв составляет 10,2 млн га, их естественная продуктивность в среднем лишь 2–6 ц/га [2]. Часто наблюдается расширение вторичного засоления почв в связи с антропогенным воздействием [2], что неизбежно приводит к изменению окружающей среды и как результат — исчезновение видов и целых сообществ, невозможность ведения сельскохозяйственной деятельности на больших территориях.

В результате засоления создаются неблагоприятные условия и для жизнедеятельности почвенных микроорганизмов, что неизбежно приводит ухудшению свойств почвы, снижению её плодородия [3]. В связи с этим, особый интерес представляют штаммы азотфиксирующих бактерий, способные выжить и сохранить свою физиологическую активность в таких экстремальных условиях. Их использование могло бы поддержать видовое разнообразие растений засоленных территорий, вернуть плодородие вторично засоленным почвам.

Поэтому целью работыстало: экспериментальное изучение влияния различных концентраций хлорида натрия на физиологическую активность бактерий рода Azotobacter.

Задачи:

1. Определить свойства исследуемых почв, сделать посевы и проанализировать результаты.

2. Выяснить влияние различных концентраций хлорида натрия на рост колоний.

3. Установить стимулирующую активность штаммов бактерий рода Azotobacter, выращенных с избытком хлорида натрия.

Гипотеза: хлорид натрия оказывает отрицательное влияние на рост колоний и стимулирующую активность бактерии рода Azotobacter.

Объект: образцы почв окрестностей р. п. Коченево

Предмет: штаммы бактерий р. Azotobacter, зависимость их физиологической активности от степени засоления

Определение свойств исследуемых почв и наличия в них бактерий р. Azotobacter

Сбор образцов произведен в окрестностях юго-восточной стороны рабочего поселка Коченево. Местность равнинная, вдали от автострады.

Пробы почвы отбирали из поверхностных почвенных разрезов по общепринятой методике [4] из слоя 0–10 см.

В работе было исследовано 5 образцов почв:

№ 1. Тополевая лесополоса

№ 2. Молодая берёзовая роща (возраст не более 12 лет, хорошо развита луговая растительность, в основном с. Злаки)

№ 3. Пшеничное поле

№ 4. Березовый колок

№ 5. Поле, заросшее Икотником серо-зелёным (сем. Крестоцветные)

Всепочвенные разрезы отличаются по горизонтам, глубине расположения корневых систем, механическому составу: № 1 тяжелосуглинистый, № 2–4 среднесуглинистый, № 5 — легкосуглинистый. рН среды сходна и близка к нейтральной; незначительное количество карбонатов отмечено только в пробе № 5. По данным критериям почвы соответствуют условиям обитания бактерий р. Azotobacter.

Для выявления микроорганизмов рода Azotobacter комочки просеянной и увлажненной почвы помещали на питательную среду Эшби [4], в трехкратной повторности. Развитие колоний происходило при комнатной температуре 22°С.

Результаты и их обсуждение. Установлен высокий процент обрастания почвенных комочков в пробах № 2,3 (90–92 %) и отсутствие колоний в пробах № 1,4,5.

Рис. 1. Результаты обрастания (в %)

Отсутствие бактерий рода Azotobacter в пробе № 1 может быть связано с тем, что тополя самые быстрорастущие древесные породы с высоким уровнем транспирации с мощным развитием физиологически активных корней, что приводит к иссушению и истощению почвы. Имеются данные о том, что под пологом тополя усиливается общая биохимическая активность почвы, но почти полностью подавляется ее нитрификационная способность [5, стр. 100].

Отсутствие бактерий в пробе № 4, объясняется тем, что на плоских недренированных равнинах, покрытых березовыми колками, могут формироваться солоди — почвы, в которых Азотобактер не встречается.

Известно, что растительные ткани Икотника серо-зелёного содержат дубильные вещества, алкалоиды, и фурокумарины [6] — все они могут подавлять развитие Азотобактера. Возможно, поэтому мы не встретили его и в пробе № 5.

Благоприятными для развития бактерий оказались почвы, с растительными остатками в виде соломы: проба № 2 — здесь преобладает луговая растительность (в основном злаковые растения), проба № 3 — пшеничное поле.

Изучение влияния различных концентраций хлорида натрия на рост колоний бактерий рода Azotobacter

Ход работы :

1. Сделали растворы хлорида натрия (NaCl) в концентрациях: 1, 2, 3 и 4 г. на 100 мл питательной среды Эшби. В качестве контроля служила среда Эшби в том же объеме без добавления избытка хлорида натрия.
2. Колонии бактерий из проб № 2,3 разместили на приготовленные среды (диаметр колоний 1 мм.). Поставили по три параллельных эксперимента.
3. Наблюдение происходило в комнатных условиях при температуре 22°С в течение четырех дней (Рис 2, Таблица 1).

Таблица 1

Влияние различных концентраций хлорида натрия на рост колоний бактерий рода Azotobacter ( указан диаметр в мм )

Сутки	Контроль	№ 1 (1 г. NaCl )	№ 2 (2 г. NaCl )	№ 3 (3 г. NaCl )	№ 4 (4 г. NaCl )
1	4–5	3–4	1–2	1	1
2	6–7	4–5	2	1	1
3	7–10	5–6	2–3	1–2	Колонии высохли
4	12–14	8–10	5	Колонии высохли	-

1

2

3

Рис 2. Результаты обрастания на 4-й день (1 — контроль, 2 — 1 г соли на 100 мл ср. Эшби, 3–2 г соли на 100 мл ср. Эшби)

Результаты и их обсуждение. Вобразце № 1 размер колоний меньше контрольных на 4 мм, в образце № 2 — на 7 мм, № 3 — колонии подросли до 2 мм и на четвертый день высохли, № 4 — колонии не росли, на третий день высохли.

Установлено, что при повышении концентрации хлорида натрия рост колоний замедляется, при концентрации соли 3 г. на 100 мл среды Эшби и выше жизнедеятельность колоний невозможна. Э ксперимент показал, что избыточное содержание хлорида натрия в среде оказывает отрицательное влияние на рост бактериальных колоний.

Изучение стимулирующей активности выделенных штаммов бактерий рода Azotobacter

Для изучения стимулирующей активности выделенных штаммов бактерий был использован метод биотестирования образцов с помощью семян кресс-салата.

Для эксперимента сделали суспензии (на 40 мл воды брали слизистую пленку колоний бактерий размером с горошину):

— № 1: суспензия из бактерий, выращенных без добавления хлорида натрия,

— № 2: суспензия из бактерий, выращенных с добавлением 1 г. хлорида натрия на 100 мл среды Эшби,

— № 3: суспензия из бактерий, выращенных с добавлением 2 г. хлорида натрия на 100 мл среды Эшби.

Ход работы:

1. В качестве субстрата использовали фильтровальную бумагу, однократно увлажненную суспензией. В контрольном образце субстрат смачивали водопроводной водой.

2. Для высева брали по 15 одинаковых по размеру семян на чашку Петри. Проращивание происходило в комнатных условиях при температуре 22°С. Поставили по три параллельных эксперимента.

3. Двое суток наблюдали за прорастанием семян по следующим критериям: энергия прорастания, максимальная длинна корешка, ростовая сила.

4. Проросшие семена поместили в торфяные стаканчики со стерильной почвой, для наблюдения за развитием проростков.

Результаты и их обсуждение.

Установлены незначительные отличия энергии прорастания семян по сравнению с контрольным образцом (1 семя (2 %)).

Рис. 3. Энергия прорастания семян

Максимальная длина корешка во всех образцах в первые сутки больше на 1–2 мм по сравнению с контрольным. На вторые сутки в образцах № 1, 2 длина корешка больше на 3 мм по сравнению с контрольным, в образце № 3 — на 2 мм. Во всех образцах с азотфиксирующими бактериями проросшие семена обладали ростовой силой — фильтровальная бумага заметно приподнята, корни упирались в субстрат.

Рис. 4. Максимальная длина корешка (мм)

1

2

3

4

Рис. 5. Максимальная длина корешка на 2-е сутки (1 — контроль, 2 — № 1, 3 — № 2, 4 — № 3)

Наблюдая за развитием проростков, установили морфологические отличия растений кресс-салата в контрольном образце: задержка роста, уменьшение длины надземной и подземной частей растений, деформация стеблей (Рис. 6).

Наилучшее развитие проростков и их корневых систем наблюдается в присутствии бактерий рода Azotobacter. Длина стебля и главного корня выше значения контроля во всех образцах (Рис. 7), что доказывает стимулирующую активность выделенных штаммов.

Рис. 6. Развитие проростков на 4-е сутки (контроль)

1

2

3

Рис. 7. Развитие проростков на 4-е сутки

В результате работы, пришли к следующим выводам :

1. Несмотря на то, что исследуемые почвы обладают свойствами, подходящими для обитания бактерий р. Azotobacter, в пробах № 1 (тополевая лесополоса), № 4 (березовый колок), № 5 (поле заросшее Икотником серозеленым) они не обнаружены.
2. Полученные результаты эксперимента показали, что увеличение концентрации хлорида натрия замедляет рост колоний азотфиксирующих бактерий.
3. Установлено, что хлорид натрия не оказывает отрицательного влияния на стимулирующую активность выживших штаммов.

Работа может быть использована для проведения дальнейших исследований по изучению устойчивых штаммов бактерий к повышенному содержанию различных солей и их применение для поддержания видового разнообразия растений засоленных территорий.

Литература:

1. О проблеме оценки засоленности почв и методике крупномасштабного цифрового картографирования засоленных почв. Е. И. Панкова, М. В. Конюшкова, И. Н. Горохова. Дата обращения: 21.11.2021 https://cyberleninka.ru/article/n/o-probleme-otsenki-zasolennosti-pochv-i-metodike-krupnomasshtabnogo-tsifrovogo-kartografirovaniya-zasolennyh-pochv

2. Агроэкомиссия. Дата обращения: 24.10.2021 https://agriecomission.com/base/zasolenie-pochv-problema-i-puti-resheniya

3. Ибраева М. А., Шаухарова Д. Е., Джуманова М. «Влияние засоления почв на микробиологическую активность», Почвоведение и агрохимия № 2, 2020

4. Охотник за микробами. Методические рекомендации и инструкции по применению набора

5. Редько Г. И. Биология и культура тополей. Л., Изд-во Ленингр. ун-та, 1975

6. Энциклопедия растений Дата обращения: 22.11.21г. https://lektrava.ru/encyclopedia/ikotnik-seryy/