Введение к работе
Актуальность темы. В целях использования дешевого биологического азота в настоящее время во Многих странах наблюдается тенденция увеличения посевных площадей бобовых культур; большое внимание уделяется практике применения бактериальных удобрений. В Пакистане среди зернобобовых культур люцерна и соя занимают особое место, как повсеместно распространенную и в большинстве областей страны культивируемые дважды в год. Однако, несмотря на большое значение этих культур, их урожайность невысока. Агротехнический прием инокуляции бобовых растений клубеньковыми бактериями достаточного распространения в земледелии Пакистана не получил, хотя о значении биологического азота в стране известно давно.
В связи с большой ролью биологического азота в земледелии Пакистана, а также его высокой экономичностью, важно как можно полнее изучить особенности наиболее распространенных в стране видов клубеньковых бактерий, (люцерны, сои, клевера), поскольку полноценное их использование в сельскохозяйственном производстве зависит от понимания их взаимоотношений с растением-хозяином;
Важной задачей пакистанских агрономов и почвоведов является также использование засоленных и кислых земель, площади которых ежегодно растут. В последнее время все больше внимания в стране уделяется вопросам агротехнических приемов улучшения этих почв и попыткам нахождения устойчивых культур к таким условиям. Нейтрализация кислых почв путем гипсования проводится для выращивания риса и пшеницы, кормовые же бобовые культуры, такие как соя, люцерна;и клевер, как оказалось, тоже дают хорошие результаты на засоленных почвах и симбиотическая азотфик-сация при этом не прекращается.
Цель и задачи исследования. Основной целью работы бы
ло найти показатели вирулентности клубеньковых бактерий
люцерны и сои и оценить отношение этих культур к засоле
нию. В задачи игпртпиания входило: ......
ЦЕНТРАЛЬНА^ .
НАУЧЧДП БИБЛИОТЕКА -
Мо:ч. со^сксхоз. академии *м. К. А. Тимирязоед
выяснить характер инфицирования растений люцерны при бактеризации высоковнрулентными и слабовирулентны-дш штаммами клубеньковых бактерий,
выявить возможную зависимость между «прямым» показателем вирулентности — сроком появления первого клубенька с количеством инфицированных, специфически искривленных корневых волосков на корнях инокулированных растений люцерны на первых этапах инфицирования, а также с реакцией штаммов на антибиотики и с их каталазной активностью,
определить оптимальную дозу'инокулюма («запас инфицирующего.начала», «инфекционную нагрузку») для формирования эффективных клубеньков на корнях растения-хозяина,
— изучить влияние разных концентраций NaCl на кубень-ковые бактерии в чистой культуре и в условиях симбиоза.
Научная новизна. Впервые изучен характер инфицирования растений люцерны при бактеризации разными по степени вирулентности штаммами клубеньковых бактерий на первых этапах инфицирования с целью выявления возможности корреляции, прямого показателя вирулентности с косвенными. .Установлено отсутствие связи степени вирулентности штаммов клубеньковых бактерий люцерны с их реакцией на низин, олететрин, грамицидин и полимнксины. Выявлена тенденция повышения каталазной активности у более вирулентных культур клубеньковых бактерий. Подтверждена солеустойчи-вость клубеньковых бактерий люцерны как вида (Subba Rao, 1974). Впервые при изучении действия хлористого натрия на клубеньковые бактерии разной степени вирулентности на плотных средах (в отличие от ранее применяющихся суспензионных культур) показано, что скорость их пролиферации в присутствии 1—2% соли снижается, а в присутствии 3% наблюдается длительный лаг-период адаптации к соли. Солевой стресс не влияет на вирулентность клубеньковых бактерий и установление с растением-хозяином эффективных симбиотнческих отношений.
Практическая ценность. Наивысшая скорость образования
клубеньков на корнях растений люцерны проявлялась в мае-
июне. В опытах, проводимых, в марте и октябре-ноябре с
одним и тем же штаммом клубеньковых бактерий, процесс
инфицирования задерживался на 5—7 суток. Выявленную
зависимость процеса инфицирования растения-хозяина, от се
зонности года следует учитывать при отборе штаммов клу
беньковых бактерий для производства при оценке степени их
вирулентности. . .
»2
Обнаруженная тенденция повышения уровня каталазной активности у высоковирулентных клубеньковых бактерий люцерны может в случае распространения данного явления на разные виды клубеньковых бактерий иметь практический выход, служа дополнительным косвенным критерием вирулентности. Эта закономерность дает новую информацию при разработке одной из важных проблем — эволюции симбиоза (Парийская, Клевенская, 1979; Жизневская с соавт., 1979). С одной стороны, генетические детерминанты клубеньковых бактерий как сапрофитов и экзогенных возбудителей инфекционного процесса могут выступать при взаимодействии с растением-хозяином, ас другой стороны, изменения метаболизма микросимбионта (повышение каталазной активности), по-видимому, закреплялись генетически под влиянием растения-хозяина в ходе сопряженной эволюции симбиоза.
Результаты изучения отношения клубеньковых бактерий люцерны к хлористому натрию позволяют надеяться на возможность создания эффективного симбиоза с инокулирован-ными растениями люцерны в условиях хлоридного засоления почв Пакистана. -
Апробация работы. Результаты работы были доложены на научной конференции ТСХА в июне 1985 г., на VII съезде Всесоюзного микробиологического общества, Алма-Ата, 1985 г., объединенном заседании кафедр микробиологии и агрономической и биологической химии ТСХА в 1985 г.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 5 статей.
Структура и-объем работы.. Работа состоит из введения, четырех глав и выводов. Текст диссертации изложен на 124 страницах машинописного текста, содержит 24 таблицы н 13 рисунков. Список литературы включает 182 наименования, в том числе иностранных 95. Во введении показано значение биологического азота в современном сельском хозяйстве, в частности в земледелии Пакистана, обоснована актуальность темы. В главе I дан анализ современного состояния проблемы биологической азотфиксации и путей ее повышения. Особое внимание уделяется характеристике свойств клубеньковых бактерий, в частности, природе их вирулентности и соле-устойчивости. В главе II излагаются объекты и методы, в главах Ш'и IV — резульаты исследований.
Автор выражает искреннюю благодарность научному
консультанту раздела диссертации по солеустойчивости клу
беньковых бактерий кандидату биологических наук Г. Ф. Хай-
ловой за ценные советы и помощь при выполнении данной
работы.
Объекты и методы исследования
Исследования проводили в лабораторных, микровегетационных и полевых условиях на кафедре микробиологии ТСХЛ, лаборатории солевого обмена и солеустойчивости Института физиологии растений АН СССР и Опытной станции полеводства и льнонодства ТСХА. Использовали штаммы Rhizobium meliloti и Rh. japonicutn, полученные из коллекции культур ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии, Ленинград, а также выделенные из люцерны АзНИХИ-10 и АзНИХИ-262 (Тагиев, 1966).
Проверку клубеньковых бактерий люцерны на вирулентность осуществляли в лабораторных стерильных опытах на агаризованной среде С. А. Ковровцевой (1933). Семена растений стерилизовали по Натману ( При изучении процесса инфицирования (опыты проводили при 23С, влажности 70%, длине светового дня 10 час, освещении ксеноновыми лампами) в течение 15 дней ежедневно вели наблюдения за корневой системой ннокулированных растений люцерны. Корни просматривали под световым микроскопом по всей длине участками по 3 мм, подсчитывали на каждом участке общее количество корневых волосков, число искривленных волосков, число специфически искривленных и корневые волоски с инфекционными нитями. В полевом опыте с растениями сои, сорт Северная 5, проводили фенологические наблюдения, биометрический анализ, определяли содержание леггемоглобина в клубеньках по Федорову (1948), активность нитратредуктазы ацетиленовым методом, содержание азота в растениях микрометодом Кьельдаля. Данные полевого опыта подвергали статистической обработке (Доспехов, 1968). При изучении влияния NaCl клубеньковые бактерии люцерны выращивали в чашках Петри на - (ШГАТЕЛІНСМ. НГЛрС / С САХАРОЗОЙ, содержащем 0,25, 0,50; 1,0; 2,0 и 3,0% соли." Контроль — среда без соли. Подсчет числа проросших клеток ризобий (число колоний) и измерение диаметра колоний проводили ежедневно до остановки роста. Диаметр колоний из-.'' меряли гибкой линейкой через крышку чашки Петри,с по-», мощью лупы Зх. В каждом варианте измерено 90—150 колоний. Последействие соли на способность штаммов клубеньковых бактерий-образовывать клубеньки изучали, выращивая растения в условиях асептики в пробирках с агарнзован-ной безазотной средой Ли (Lie, 1969) в течение 4-х недель при 25С, относительной влажности воздуха 70%, освещенности 12—14 тыс. лк.