Эколого-функциональная роль микроорганизмов техногенно-нарушенных почвогрунтов (на примере Дамбукинского золотоносного узла)

Результаты влияния обработки семян сосны фосфатмобилизующими бактериями на процесс их прорастания представлены на рисунке 5. При обработке семян бактериальной биомассой положительный эффект установлен в вариантах инокуляции штаммами A. lwoffii, P. chitinolyticus и P. aminovorans (на 17%, 26% и 36% по отношению к контролю соответственно).

В варианте обработки семян культуральной жидкостью положительное влияние на их прорастание проявилось только для вида B. rhamnosum (на 30% по отношению к контролю).

При обработке семян бактериальной суспензией положительный эффект установлен в вариантах инокуляции штаммами P. chitinolyticus и A. nitroguaiacolicus (на 13% и 12% относительно контроля). Незначительный положительный эффект на прорастание семян наблюдали и в варианте инокуляции штаммом B. rhamnosum (на 9% по отношению к контролю). Согласно литературным данным (Чумаков, 2001), установленный процент прорастания соответствовал существующему в лабораторных экспериментах среднему разбросу в 10%, что не позволило достоверно указать на присутствие положительного эффекта в варианте обработки семян бактериальной суспензией штамма B. rhamnosum.

Ни в одном из вариантов инокуляции семян штаммом S. saprophyticus, выделенным из корневой зоны сосны, положительного влияния на прорастание семян растения не установили. Интересно отметить, что во всех вариантах использования БА стимулирующего эффекта на прорастание семян не обнаружено. Если в отношении азотфиксирующих микроорганизмов многими исследователями отмечено, что по сравнению с чистыми культурами диазотрофов, микробные ассоциации характеризуются повышенной эффективностью действия на растения (Умаров и др., 1993; Dobereiner, 1988; Khammas, Kaiser, 1992), то в случае с фосфатмобилизующими бактериями однозначно такого вывода сделать нельзя. Этот факт может свидетельствовать об отсутствии у БА «ассоциативного эффекта», то есть превышения ростостимулирующей активности ассоциации над активностью слагающих её компонентов.

Рис. 5. Влияние фосфатмобилизующих бактерий на прорастание семян Pinus silvestris

Примечание. «I» - семена, обработанные биомассой бактерий; «II» - семена, обработанные культуральной жидкостью; «III» - семена, обработанные бактериальной суспензией. «Контроль 1» - семена, обработанные водой; «Контроль 2» - семена, обработанные средой для выращивания бактерий.

Так как известно, что многие виды, принадлежащие к роду Staphylococcus, являются продуцентами различных антибиотических веществ, то можно предположить, что в созданной нами бактериальной ассоциации S. saprophyticus ингибирует активность других штаммов бактерий, что и показало отрицательный эффект при их совместной инокуляции. В целом, результаты проведённых исследований позволяют высказать предположение о видоспецифичности штаммов при воздействии на рост и развитие растений не только в лабораторных, но и в природных условиях.

6. Характеристика биотехнологических свойств фосфатмобилизующих бактерий. В ходе проделанной работы из почвогрунтов и корневой зоны исследуемых пионерных растений выделены 11 фосфатмобилизующих штаммов, из которых штаммы видов P. aminovorans, P. chitinolyticus, B. rhamnosum и A. lwoffii удовлетворяют условиям положительной ассоциативности микроорганизмов с растением. У вышеперечисленных видов бактерий установлен комплексный положительный эффект как в отношении прорастания семян сосны, пионерного растения, произрастающего на исследуемых техногенных отвалах и являющегося доминирующим в растительном сообществе, так и в обеспечении фосфатного питания растений за счет мобилизации подвижных форм фосфора из его труднодоступных соединений.

Исследования свойств выделенных фосфатмобилизующих микроорганизмов представляют несомненный интерес, поскольку непатогенные фосфатмобилизующие бактерии, обладающие способностью стимулировать рост и развитие растений, в настоящее время представляют малоизученный тип взаимодействий между микроорганизмами и растением. Кроме того, изученные штаммы могут оказаться перспективными модельными объектами для разработки биотехнологических препаратов или приёмов бактериальной обработки растений, произрастающих на техногенных отвалах россыпной добычи золота.

ВЫВОДЫ

1. В результате изучения эколого-функциональных групп микроорганизмов установлено селективное участие различных видов растений на качественный и количественный состав микроорганизмов прикорневой зоны, что объясняется формированием специфических условий обитания и взаимоотношения в системе «растения-микроорганизмы».

2. Установлено преобладание олигонитрофильных микроорганизмов и бактерий, использующих минеральные формы азота, что указывает на недостаточную обеспеченность субстрата органическими соединениями и указывает на неблагоприятность почвогрунтов как среды обитания организмов.

3. Выявлено таксономическое разнообразие бактерий сапротрофного комплекса, относящихся к 12 родам (Acinetobacter, Agrococcus, Bacillus, Kocuria, Lactobacillus, Micrococcus, Paracoccus, Planococcus, Serratia, Sporolactobacillus, Sporosarcina, Staphylococcus). Выделены представители редко встречающихся родов бактерий, являющихся кислото- и щелочно-толерантными формами (Acinetobacter lwoffii и Paracoccus aminovorans), что определяет их высокую адаптивную способность к воздействию экологических факторов.

4. На основании данных филогенетического анализа сапротрофного бактериального комплекса установлено преобладание видов, относящихся к двум классам (Proteobacteria и Bacilli). Преобладающими видами, выделенными как из почвогрунтов, так и прикорневой зоны, являются виды Acinetobacter lwoffii, Paracoccus aminovorans, Micrococcus luteus, которые обладают высокой степенью устойчивости и длительным сохранением метаболической активности в неблагоприятных условиях окружающей среды.

5. Установлено, что фосфатмобилизующие микроорганизмы составляют до 10% от всей численности бактерий сапротрофного блока. Выявлена некоторая специфичность распространения данной группы микроорганизмов: виды Paenibacillus chitinolyticus и Paracoccus aminovorans присутствуют только в почвогрунтах и используют широкий набор минеральных субстратов для мобилизации фосфора (ортофосфаты кальция, железа, алюминия), тогда как виды Brachybacterium rhamnosum и Staphylococcus saprophyticus обнаружены только в прикорневой зоне пионерных растений и мобилизуют фосфор органофосфатных соединений.

6. В лабораторных модельных экспериментах изучен биотехнологический потенциал выделенных штаммов фосфатмобилизующих бактерий. Установлено, что штаммы Paracoccus aminovorans, Paenibacillus chitinolyticus, Brachybacterium rhamnosum и Acinetobacter lwoffii выполняют активную средообразующую функцию, что определяет их высокой потенциал использования в технологических процессах рекультивации нарушенных почвогрунтов. Указанные виды обладают также выраженным комплексным положительным эффектом воздействия на прорастание семян пионерных растений.

Рекомендации производству: В технологиях обработки нарушенных почвогрунтов, минимально обеспеченных подвижными соединениями фосфора, используют внесение биопрепаратов. Для составления бактериальных препаратов рекомендуется испытать активные штаммы фосфатмобилизующих бактерий Paracoccus aminovorans, Paenibacillus chitinolyticus, Brachybacterium rhamnosum и Acinetobacter lwoffii.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Файзулин В.В., Павлова Л.М., Римкевич О.В. Ризосферная микрофлора пионерной растительности техногенных отвалов при россыпной золотодобыче / В сб.: Материалы научно практической конференции «Зейско-Буреинская равнина: проблемы устойчивого развития». Благовещенск, 2001. С. 136-138.

2. Файзулин В.В., Павлова Л.М., Римкевич О.В. Микробоценозы ризосферы и ризопланы пионерной растительности (на примере россыпной золотодобычи) / В сб.: Материалы международного симпозиума «Проблемы устойчивого развития регионов в 21 веке». Биробиджан, 2002. С. 202-203.

3. Римкевич О.В., Павлова Л.М., Файзулин В.В. Микробные сообщества пионерной растительности техногенных отвалов / В сб.: Труды региональной научной конференции «Будущее амурской науки». Благовещенск: 8-10 февраля 2002 г. С. 335-341.

4. Римкевич О.В., Павлова Л М. Восстановление почвенно-растительного покрова после россыпной золотодобычи / В сб.: Материалы Международного симпозиума «Геотехнология: нетрадиционные освоения месторождений полезных ископаемых». Москва: 17-19 ноября 2003 г. С. 171-173.

5. Римкевич О.В., Павлова Л М. Восстановление почвенно-растительного покрова после россыпной золотодобычи / В сб.: Материалы второй международной конференции «Ресурсовоспроизводящие, малоотходные и природоохранные технологии освоения недр». Москва: 15-18 сентября 2003 г. С. 88.

6. Римкевич О.В., Павлова Л.М. Участие микроорганизмов в восстановлении почвенно-растительного покрова после россыпной добычи золота / В сб.: Материалы региональной конференции молодых учёных «Проблемы экологии и рационального природопользования Дальнего Востока». Владивосток: 18-19 ноября 2004 г. С. 98-99.

7. Римкевич О.В., Павлова Л.М. Участие микроорганизмов в восстановлении почвенно-растительного покрова нарушенных территорий / В сб.: Тезисы докладов. VII региональная конференция по актуальным проблемам экологии, морской биологии и биотехнологии. Владивосток: 18-20 ноября 2004 г. С. 100.

8. Катола В.М., Макеева Т.Б., Римкевич О.В. Электронномикроскопический анализ морфофизиологического состояния бактерий в местах колонизации // Бюллетень физиологии и патологии дыхания. 2005. Вып. 21, С. 79-83.

9. Катола В.И., Сорокина А.И., Римкевич О.В. Изменение морфологии бактерий в присутствии техногенных отходов золотодобычи / В сб.: Сборник научных трудов, посвященный 70-летию ДальЗНИВИ / отв. ред Ю.А. Гаврилов. Благовещенск, 2005. С. 58-63.

10. Римкевич О.В., Павлова Л.М. Молекулярно-генетическая идентификация бактерий с отвалов россыпной золотодобычи / В сб.: Материалы III школы-семинара «Территориальные исследования Дальнего Востока». Биробиджан: 5-8 декабря 2005 г. С.81-82.

11. Римкевич О.В., Павлова Л.М. Молекулярно-генетичекая идентификация бактерий, ассоциированных с Betula davurica Pall. / В сб.: Тезисы докладов «IX Дальневосточная молодёжная школа-конференция по актуальным проблемам химии и биологии». Владивосток: 16-23 сентября 2005 г. С. 47.

12. Павлова Л.М., Римкевич О.В., Куимова Н.Г. Микробиологическая характеристика горных почв Севера Амурской области золотодобычи // Труды Дальневосточного отделения Докучаевского общества почвоведов РАН. 2005. Т. 3, С. 35-40.

Размещено на Allbest.ru