CC BY
19
УДК 631.451.5:551.577.38:641.536.63
ВЛИЯНИЕ ЗАСУХИ И НИЗКИХ ПОЛОЖИТЕЛЬНЫХ ТЕМПЕРАТУР НА ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ АССОЦИАТИВНЫХ БАКТЕРИЙ С РАСТЕНИЯМИ ОГУРЦА
О.В. СЕЛИЦКАЯ, Л.В. САМОХИН, Е.А. БЛИНКОВ
(Кафедра микробиологии)
Исследовали ассоциативное взаимодействие в условиях фитотрона между бактериями и растениями в неблагоприятных условиях температурного и водного режимов. Показана способность бактерии Klebsiella planticola проникать в корни Cucumis sativus L. и увеличивать численность диазотрофов на корнях Cucumis sativus L. на фоне низкой температуры при разных режимах увлажнения.
Ключевые слова: огурец, диазотрофы, инокуляция, инвазивность, ассоциативное взаимодействие.
Переориентация современного
сельского хозяйства на разработку и освоение экологически безопасных, а также энергосберегающих методов увеличения продуктивности небобовых культур приводит к необходимости частично замещать традиционные минеральные удобрения (в первую очередь азотные) на «микробные». Эти удобрени состо т из культур микроорганизмов, способных улучшить питание растений, стимулировать их развитие и оказывать фитосанитарный эффект. Особенно актуально это в овощеводстве защищённого грунта.
Изучение микробного населени корневой системы овощных культур показало, что азотфиксация в ризо-плане этих растений осуществл етс главным образом факультативно анаэробными бактериями, среди которых доминируют энтеробактерии, главным образом представители рода Klebsiella.
В т о же время широкое применение микробных землеудобрительных препаратов в практике сельского хоз й-ства сдерживается нестабильностью положительного эффекта во времени.
Одной из причин данного влени может быть гибель интродуцированной попул ции микроорганизмов после попадания в почву, что может быть вызвано разными причинами. В этом плане ассоциативные бактерии, способные быстро колонизировать ри-зоплану растений и наход щие на корн х определённую экологическую нишу, менее подвержены воздействию неблагоприятных условий окружающей среды и представл ют наибольший интерес дл разработки новых биопрепаратов.
Цель работы заключалась в исследовании некоторых особенностей ассоциативного взаимодействия между микроорганизмами и растени ми в неблагопри тных услови х температурного и водного режима. В задачи исследовани входило: 1) изучение динамики численности диазотрофов Klebsiella planticola (штамм ТСХА-91) в ризоплане и филлосфере Cucumis sativus L. в стрессовых условиях (дефицит влаги и низкие положительные температуры); 2) изучение инвазии Klebsiella planticola во внутренние органы растений.
Методика
Объектами исследования были: Klebsiella planticola штамм ТСХА-91 AmpR (препарат биоплант-К) и растения Cucumis sativus L. (скороспелый пчёлоопыляемый сорт Конкурент, устойчивый к мучнистой росе).
Исследования проводили в модельном опыте. Семена огурца замачивали в чашках Петри и оставляли открытыми двое суток при температуре 25°С. Проросшие семена высевали в пластиковые перфорированные стаканчики объемом 500 мл, наполненные низинным торфом. Стаканчики помещали в климатермосветокамеру, где растени м огурца нар ду с оптимальными условиями выращивания (23°С днем, 17°С ночью, влажность суб-
страта около 80% ПВ) имитировали стрессовые услови в виде недостатка влаги (около 60% ПВ) и низких положительных температур (16°С днем, 12°С ночью). После поя вления первого насто щего листа растени проиноку-лировали суточной культурой препарата биоплант-К (титр культуры составлял порядка 107 КОЕ/мл), аккуратно (без разбрызгивани ) выливали под каждое 50 мл суспензии. Контроль
не инокулировали. Учёт численности Klebsiella planticola в ризоплане и фил-лосфере огурца проводили через 1, 2 и 4 нед методом посева на среду LB [2] с добавлением 200 мкг/мл ампициллина. Дл подсчёта общего числа азотфиксаторов суспензию корней с разведений высевали в пенициллиновые флаконы в количестве 1 мл с добавлением 4 мл полужидкой безазот-ной среды с сахарозой и витаминами [1]. Инкубацию проводили в термостате при 28°С в течение 7 сут. Обработку результатов проводили по таблице Мак-Креди.
Дл оценки инвазивности Klebsiella planticola штамм ТСХА-91 использовали трансмиссионную электронную микроскопию.
Нитрогеназную активность оценивали газохроматографически ацетиленовым методом. Навеску корней массой 1 г помещали в пенициллиновые флаконы и вводили 1 мл ацетилена, предварительно откачав оттуда 1 мл воздушной смеси, после чего инкубировали флаконы 1 ч при 28°С.
Результаты
По результатам опыта (таблица) установлено, что инокуля ция расте-
Влияние стрессовых условий на динамику численности диазотрофов на корнях Cucumis sativus L.
Температурный режим Режим увлажнения Вариант Численность диазотрофов (КОЕ/г сухого вещества) в ризо-плане и эндосфере корней Cucumis sativus L. в зависимости от времени после инокуляции
1 нед 2 нед 4 нед
Оптимальный Нормальный Контроль 5,0х105 5,0х106 <105
Инокуляция К. р!апИсо!а <106 1,3х107 <105
Дефицит Контроль 5,0х108 <102 <105
Инокуляция К. р!апИсо!а 6,0х106 2,5х107 <105
Неблаго- Нормальный Контроль 9,0х105 1,7х106 5,0х106
приятным Инокуляция К. р!апИсо!а 2,5х108 1,2х108 2,5х109
Дефицит Контроль 8,0х105 4,2х105 5,0х106
Инокуляция К. р!апИсо!а 4,5х107 3,0х106 1,3х108
Рис. 1. Клетки бактерий в тканя х корня огурца (данные трансмиссионной электронной микроскопии). Увеличение Х6000
Рис. 2. Клетки бактерий в тканя х корн огурца (данные трансмиссионной электронной микроскопии). Увеличение Х12000
ний огурца штаммом Klebsiella plan-ticola ТСХА-91 как в оптимальных, так и в стрессовых условиях способствует увеличению численности диа-зотрофов на корнях Cucumis sativus L. в 10-1000 раз. В условиях дефицита влаги численность диазотрофов уменьшается, однако инокуляция
бактери ми Klebsiella planticola по-звол ет сохранить их численность в ризоплане на уровне, характерном дл оптимальных условий. На фоне низких положительных температур инокул ци Klebsiella planticola повышает численность диазотрофов в ри-зоплане во все сроки наблюдени как при оптимальном, так и при недостаточном увлажнении почвы.
В филлосфере Cucumis sativus L. численность диазотрофов при внесении штамма Klebsiella planticola ТСХА-91 в целом не отличалась от контрол .
Существенных различий в уровне нитрогеназной активности между вариантами опыта вы влено не было.
Методом электронной микроскопии была показана способность Klebsiella planticola к инвазии в корни Cucumis sativus L. (рис. 1, 2). В тканях корней огурца (4 нед после инокуля ции) были обнаружены клетки бактерий Klebsiella planticola.
Выводы
1. Инокуляция растений огурца штаммом Klebsiella planticola ТСХА-91 (препарат биоплант-К) в целом способствовала увеличению численности диа-зотрофов на корнях Cucumis sativus L. Наибольшее увеличение их численности (в 10-1000 раз) отмечено при низкой температуре как при нормальном, так и при дефицитном режиме увлажнения.
2. Показана способность Klebsiella planticola к инвазии в корни Cucumis sativus L.
1. Емцев В.Т. , Селицкая О.В., Кубарева О.Г., Петров-Спиридонов A.A., Брук М.Х., Захарова С.Н. Ассоциативный симбиоз и его роль в продуктивности сельскохозяйственных растений. Тимирязев и биологическая наука: Сб. науч. тр. (к 150-летию со дня рождения К.А. Тимирязева). М.: Изд-во МСХА, 1994. С. 106-119.
2. Миллер Дж. Эксперименты в молекулярной генетике. М.: Мир, 1976.
Рецензент — д. б. н. В.Т. Емцев
SUMMARY
Association interreaction between bacteria and plants under unfavourable temperature and water conditions in the phytotron has been researched. The ability of Klebsiella planticola bacterium to both penetrate into Cucumis sativus L. roots and to increase the number of diazotrophes on Cucumis sativus L. roots at low tempetature under different watering conditions is shown.
Key words: cucumber, diazotrophes, inoculation, invasiveness, association interreaction.
Селицкая Ольга Валентиновна — к. б. н., РГАУ - МСХА имени К.А. Тимиря -зева. Эл. почта: www.m.biol.timacad.ru:
Самохин Леонид Викторович — асп. кафедры микробиологии РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева. Эл. почта: www.m.biol.timacad.ru:
Блинков Евгений Александрович — РГАУ - МСХА имени К.А. Тимирязева.
