ВЛИЯНИЕ КОМПЛЕКСА БИОПРЕПАРАТОВ НА МИКРОБИОТУ РИЗОСФЕРЫ ОЗИМОЙ ПШЕНИЦЫ ПРИ ЗАГРЯЗНЕНИИ ПОЧВЫ ТЯЖЕЛЫМИ МЕТАЛЛАМИ

INFLUENCE OF MICROBIAL PREPARATIONS COMPLEX ON THE MICROBIOTA OF WINTER WHEAT RHIZOSPHERE UNDER SOIL POLLUTION WITH HEAVY METALS

Ludmila Chaikovska

doctor of Agriculture Science, Senior staff scientist, department of plant-microbe interaction, Federal state budgetary institution of science “Scientific Research Institute of agriculture of Crimea”,

Russia, Republic of Crimea, Simferopol

Marina Baranska

phD, Head of plant-microbe interaction department, FSBIS “SRI AC of Crimea”,

Russia, Republic of Crimea, Simferopol

Olga Ovsienko

scientific researcher, Dep. of plant-microbe interaction, FSBIS “SRI AC of Crimea”,

Russia, Republic of Crimea, Simferopol

Nina Кlymenko

scientific researcher, Dep. of plant-microbe interaction, FSBIS “SRI AC of Crimea”,

Russia, Republic of Crimea, Simferopol

АННОТАЦИЯ

Определено влияние предпосевной бактеризации (комплекс микробных препаратов КМП) семян на численность микроорганизмов основных эколого-трофических и таксономических групп в ризосфере пшеницы при загрязнении почвы тяжелыми металлами (ТМ) в условиях модельных вегетационных опытов (почва чернозем южный тяжелосуглинистый). Выявлено негативное влияние ТМ (Pb, Cu, Cr) на количество бактерий, микромицетов и стрептомицетов в ризосфере растений. Показано, что использование КМП для предпосевной инокуляции семян способствует оптимизации количественного состава микроорганизмов в ризосфере озимой пшеницы, как в вариантах без внесения ТМ, так и на различных фонах загрязнения почвы солями ТМ. Установлено возрастание численности педотрофных и олиготрофных бактерий в сравнении с неинокулированным контролем – на 11 – 69 % и до 11 % соответственно. Применение КМП на фоне загрязнения почвы ТМ также способствует увеличению количества стрептомицетов и целлюлозолитических микроорганизмов: на 12–53 % и в 1,5–2,5 раза против контроля соответственно. Отмечено снижение численности микромицетов в ризосфере бактеризованных растений на фоне 5 ПДК ТМ: в 3,5 раза против варианта без инокуляции.

ABSTRACT

It was determined the influence of pre-sowing seed bacterization (мicrobial preparations complex: MPC) on the number microorganisms of major ecological-trophic and taxonomic groups of the wheat rhizosphere by soil polluted with heavy metals (HM) in a model greenhouse experiments (soil: loamy southern chernozem). It was revealed a negative impact of HM (Pb, Cu, Cr) on the number of bacteria, streptomycetes and micromycetes in the rhizosphere of plants. It was showed, that use of MPC for pre-sowing seeds helps to optimize the number of microorganisms in the rhizosphere winter wheat in variants without application of HM and on different backgrounds of soil contamination by salt of HM. Increase the number of pedotrophic and oligotrophic bacteria in comparison with uninoculated control – on 11 – 69 % and to 11 % respectively was established. Using the Complex of microbial preparations on a background of heavy metals also promotes to increase the number of streptomyces and cellulolytic microorganisms: for 12–53 % and by 1,5–2,5 times against control respectively. It was observed decrease the number of micromycetes in rhizosphere of inoculated plants on 5 MPC HM background: by 3,5 times in comparison with the variant without inoculation.

Ключевые слова: инокуляция; микробные препараты; озимая пшеница; микроорганизмы ризосферы; тяжелые металлы.

Keywords: inoculation; microbial preparations; winter wheat; rhizosphere microorganisms; heavy metals.

Тяжелые металлы (ТМ), попадающие в окружающую среду в результате производственной деятельности человека, являются одними из наиболее распространенных и опасных загрязнителей биосферы. Закрепляясь в звеньях биологического круговорота, ТМ накапливаются в биомассе микроорганизмов и растений, и по трофическим цепям попадают в организм животных и человека. При аккумуляции в почве ТМ существенным образом влияют на качественный и количественный состав почвенной микробиоты: они ингибируют процессы минерализации и синтеза различных веществ, подавляют дыхание почвенных микроорганизмов, что в свою очередь негативно влияет на рост и развитие культурных растений [3, с. 59–67].

Одним из источников попадания ТМ в почву сельхозугодий является внесение минеральных удобрений, поэтому, с экологической точки зрения, целесообразно применять биологические препараты. Биопрепараты на основе бактерий с комплексом полезных свойств, способны не только улучшать питание растений, защищать их от болезней и вредителей, но также могут значительно повысить устойчивость макросимбионта к стрессу [1, с. 17–22; 2, с. 312]. Поэтому не теряет актуальности изучение влияния различных микробных препаратов на развитие растений при негативном воздействии ТМ.

Учитывая вышеизложенное, цель наших исследований заключалась в изучении влияния предпосевной инокуляции семян на численность основных эколого-трофических и таксономических групп микроорганизмов ризосферы пшеницы при загрязнении почвы ТМ (Pb, Cu, Cr).

В наших предыдущих исследованиях установлено положительное влияние биопрепаратов (Фосфоэнтерин, Диазофит) на стабилизацию микробоценоза ризосферы пшеницы, выращиваемой в почве, загрязненной ТМ [5, с. 136–141; 6, с. 23–25]. Для предпосевной инокуляции в представленной ниже работе использован комплекс микробных препаратов (КМП), разработанный в отделе с/х микробиологии ФГБУН «НИИ с/х Крыма». Основой КМП являются 3 эффективных штамма бактерий: Rhizobium radiobacter 204 (обладает азотфиксирующей и ростстимулирующей способностью), Enterobacter nimipressuralis 32–3 (фосфатмобилизатор и продуцент фитогормонов), Paenibacillus polymyxa П, (синтезирует хитиназу и антифунгальные компоненты). В контроле инокуляцию не проводили.

Растения пшеницы озимой Triticum durum L. выращивали в теплице в сосудах объемом 0,5 л, почва: чернозем южный тяжелосуглинистый. Продолжительность опытов шесть недель, повторность – пятикратная. В каждый сосуд с почвой вносили растворы солей ТМ: Pb (CH₃COO)₂, CuSO₄, K₂CrO₄ из расчетов, которые соответствовали уровням загрязнения: 1 ПДК; 2,5 ПДК; 5 ПДК. В контроле ТМ не вносили. Численность микроорганизмов определяли путем высева почвенных суспензий на агаризованные питательные среды. Учет колониеобразующих единиц (КОЕ) проводили на 5–7 сутки культивирования [4, с. 256].

Результаты исследований показали негативное воздействие ТМ на численность основных эколого-трофических групп бактерий в ризосфере пшеницы. Выявлено, что использование комплекса микробных препаратов (КМП) для предпосевной инокуляции семян способствует оптимизации количества микроорганизмов в ризосфере: как в вариантах без внесения ТМ, так и на различных фонах загрязнения почвы солями ТМ (табл. 1).

Таблица 1.

Численность бактерий в ризосфере пшеницы озимой при загрязнении почвы ТМ, млн КОЕ/г сухой почвы

Установлено, что при действии ТМ снижается численность олиготрофных и педотрофных бактерий: при этом, более чувствительными являются педотрофы – на фоне 5 ПДК ТМ их количество уменьшилось в 2 раза (4,5 млн. КОЕ/1г почвы против 10,0), а олиготрофов – в 1,6 раза (5,8 млн. КОЕ против 9,4 млн. КОЕ) по сравнению с фоновыми показателями.

Предпосевная бактеризация семян способствовала возрастанию численности педотрофных бактерий – на 11–69 % в сравнении с контролем, при этом в большей степени эффект от инокуляции проявился на фоне ТМ. В меньшей степени бактеризация повлияла на количество олиготрофных бактерий: прослеживается тенденция к его увеличению – до 11 % на фоне 1 ПДК ТМ (см. табл. 1).

Одной из важнейших таксономических групп почвенных микроорганизмов являются стрептомицеты, принимающие активное участие в процессах гумусообразования. Анализ результатов исследований показал, что загрязнение почвы ТМ значительно уменьшает численность стрептомицетов в ризосфере пшеницы. Так, при загрязнении почвы ТМ на уровне 1 ПДК их количество практически равно значениям фона; на уровне 2,5 ПДК ТМ оно снижается в 3 раза (82,4 тыс. КОЕ/1 г почвы); а на уровне 5 ПДК ТМ – в 8 раз (31,0 тыс. КОЕ/1 г почвы) по сравнению с контролем (237,0 тыс. КОЕ). Полученные результаты свидетельствуют о незначительном влиянии предпосевной бактеризации на численность стрептомицетов: можно говорить лишь о тенденции к ее возрастанию в ризосфере бактеризованных растений по сравнению с вариантами без инокуляции. Применение КМП на фоне ТМ способствовало увеличению численности стрептомицетов – до 53 % (5 ПДК) в сравнении с контролем (табл. 2).

Целлюлозолитические микроорганизмы – одна из важных эколого-трофических групп, представители которой участвуют в процессе деструкции растительных остатков. Наши исследования свидетельствуют о том, что загрязнение почвы ТМ привело к уменьшению численности целлюлозолитиков: с 5,9 тыс. КОЕ/ 1 г (фон) до 3,3 тыс. КОЕ на уровне 5 ПДК ТМ. Анализ полученных результатов показал положительное воздействие бактеризации на количество целлюлозолитических микроорганизмов во всех вариантах опыта: установлено увеличение в 1,5–2,5 раза против контроля (см. табл. 2).

Таблица 2.

Численность микроорганизмов в ризосфере пшеницы озимой при загрязнении почвы ТМ, тыс. КОЕ/г сухой почвы

Почвенные микроскопические грибы (микромицеты) в микробоценозе чернозема южного представлены в незначительном количестве (до 15,5 тыс. КОЕ/г сухой почвы). Установлено, что влияние ТМ на численность микромицетов в ризосфере пшеницы озимой было незначительным: их количество колебалось в пределах 7,5–12,0 тыс. КОЕ/1г почвы (фон – 15,5 тыс. КОЕ/1г). Бактеризация также оказала незначительное воздействие на численность микромицетов, за исключением уровня 5 ПДК ТМ: где она составляла 3,6 тыс. КОЕ против 12,0 тыс. КОЕ/1г почвы в варианте без инокуляции. С агрономической точки зрения выявленная тенденция является положительной, так как среди почвенных микромицетов распространены фитопатогены.

Таким образом, полученные результаты свидетельствуют о том, что загрязнение чернозема южного ТМ оказывает негативное влияние на численность микроорганизмов основных эколого-трофических групп в ризосфере пшеницы озимой. Использование КМП для предпосевной бактеризации семян способствует оптимизации количества микроорганизмов в ризосферной почве.

Список литературы:

1. Белимов А.А, Тихонович И.А. Микробиологические аспекты устойчивости и аккумуляции тяжелых металлов у растений // Сельскохозяйственная биология. – 2011. – № 3. – С. 17–22.
2. Завалин А.А. Биопрепараты, удобрения и урожай. – М: Изд-во ВНИИА, 2005. – 302 с.
3. Иутинская Г.А., Колпа Ю.В., Степашко В.С. Моделирование динамики численности микроорганизмов в почве, загрязненной тяжелыми металлами // Мікробіологічний журнал. – 2002. – Том 64, № 3. – С. 59–67.
4. Теппер Е.З., Шильникова В.К., Переверзева Г.И. Практикум по микробиологии. – М.: Дрофа, 2005. – 256 с.
5. Чайковская Л.А., Ключенко В.В., Овсиенко О.Л. Влияние бактеризации на численность микробиоты в ризосфере озимой пшеницы при загрязнении почвы тяжелыми металлами // Збірник наукових праць Уманського національного університету садівництва. Ч. 1: Агрономія. – 2014. – Вип. 86.– С. 136–141.
6. Чайковская Л.А., Баранская М.И., Овсиенко О.Л., Клименко Н.Н. Влияние биопрепарата Диазофит на численность микробиоты ризосферы озимой пшеницы при загрязнении почвы тяжелыми металлами // Сборник науч. тр. по итогам II Межд. научн.-практ. конф. «Перспективы развития современных сельскохозяйственных наук». – Воронеж. – 2015. – № 2. – С. 23–25.