Введение к работе
Актуальность проблемы. Возможность создания биопрепаратов на основе іссоциативньгх азотфиксирующих и ростостимулирующих бактерий, для повышения гродуктнвности сельскохозяйственных культур и получения экологически чистой продукции, імеет большое научное и практическое значение. Однако, использование таких іиопрепаратов в значительной мере сдерживается из-за отсутствия необходимых зианий в )бласти экологии этих микроорганизмов и роли агроэкологических факторов, определяющих іффекгивное функционирование растительно-бактериальных ассоциаций.
В то же время известно, что численность популяции микроорганизмов является іажнейшим критерием её активности и статуса в биоценозе и, что условия внешней среды (называют существенное влияние на состав и активность микробных сообществ, в том числе і азотфиксирующих, в почве z ризосфере растений (Умаров, 1986). Предполагается, что тіецифичность реакции различных сортов и видов растений на бактеризацию обусловлена шличиями в способности растений сохранять или терять ассоциативные связи с бактериями і зависимости от условий их возделывания (Родынюк, 1991). Помимо влияния почвенно-лиматических факторов, интродуцируемая популяция вступает в активное взаимодействие с гакрофлорой почвы и ризосферы растений, и это может оказать существенное влияние на іродуктивность инокулируемых растений (Bashan, 1986а; Jaskowska, 1987). Однако, :омллексные исследования по изучению влияния агроэкологических факторов на ізаимодействия растений с ассоциативными ризобакгериями, а также эффективность [спользования корневых диазотрофов в различных агроэкологических условиях практически іе изучены, и не было попыток количественно оценить вклады экологических факторов и енотипов партнеров в формирование эффективного ассоциативного симбиоза.
Данная работа финансировалась Международным проектом "Интербиоазот-2000", Ъроеовской стипендией 1996г. (грант а96-232).
Цель и задачи исследований. Целью данной работы было изучение эффективности ізаимодействия ассоциативных бактерий, относящихся к разным родам A.lipoferum 137, Imysorms 7, A.radiobacter 10, Flavobacterium лрХЗО в почве и на корнях растений при іазличньгх агроэкологических условиях.
В соответствии с целью были определены следующие задачи исследований: сравнить способность штаммов диазотрофных бактерий колонизировать ризоплану различных растений (ячмень, пшеница, овес, рис, люцерна и др.) и установить взаимосвязь
между влиянием инокуляции на рост растений и приживаемостью интродуцированных бактерий.
изучить влияние температуры, влажности и кислотности почвы на выживаемость бактерий в почве и на корнях растений и определить эффективность инокуляции.
изучить физиологическую реакцию растений (содержание пролина и хлорофилла) на стресс при инокуляции растений.
определить способность производственных штаммов ассоциативных бактерий к аккумуляции радионуклидов (90Sr, !37Cs) и тяжелых металлов (Cd, Pb) при культивировании на питательных средах и в почве, а также выяснить влияние тяжелых металлов на эффективность и приживаемость бактерий на корнях ячменя и поступление токсичных элементов в растения.
оценить относительные вклады экологических факторов и генотипов партнеров в определении продуктивности растений при инокуляции.
Научная новизна.
Впервые рассмотрен комплекс условий влияния различных агроэкологических факторов на взаимодействие ассоциативных бактерий с растениями. Установлено, что некоторые штаммы ассоциативных бактерий являются более эффективными симбионтами растений в условиях стресса, чем в оптимальных условиях
Показано, что в условиях стресса (дефицит влаги в почве, высокая кислотность) инокуляция растений корневыми даазотрофами включает ряд защитных механизмов (снижает содержание свободного пролина и восстанавливает фотосинтетическую деятельность растений) тем самым, уменьшая стрессовое воздействие неблагоприятных факторов среды.
Впервые показана способность изучаемых штаммов ассоциативных бактерий иммобилизовать (аккумулировать) 90Sr, 137Cs, а также изменять поглощение 137Cs растениями.
Установлено, что инокуляция ячменя ассоциативными бактериями на загрязненных тяжелыми металлами почвах (Cd, Pb), способна улучшать рост, азотное питание и влиять на аккумуляцию тяжелых металлов, уменьшая их поступление в растения.
С использованием метода двухфакторного дисперсионного анализа изучены относительные вклады экологических факторов и генотипов партнеров. Показано, что решающее влияние на эффективность ассоциативного симбиоза оказывает температура и влажность почвы, генотип растений в меньшей степени оказывает влияние на успешное
взаимодействие с растениями, а генотип бактерий вносит наименьший вклад в формирование урожая инокулированных растений.
Практическая значимость. В результате проведенных исследований установлено, что изучаемые корневые диазотрофы могут быть использованы на широком спектре растений (ячмень, пшеница, овес, рис, люцерна, пекинская капуста) для увеличения их продуктивности. В условиях засухи, на кислых почвах, а так же на почвах загрязненных тяжелыми металлами, для уменьшения поступления токсичных элементов в растения, целесообразно применение биопрепарата на основе A.lipoferum 137. Использование Flavobacterium jp.L30 на кислых почвах позволит существенно (на 28,8%) повысить продуктивность кислоточувствительных сортов ячменя. Биопрепараты, на основе A.radiobacter 10 и A.mysorens 7 могут быть использованы в северных регионах в условиях прохладного климата.
Апробация работы. Результаты работы доложены на 1-ой Европейской конференции по азотфиксации (Венгрия, 1994), Международном научном симпозиуме NATO по Azospirillum и родственным микроорганизмам (Венгрия, 1994), Всероссийской конференции по биотехнологии (С-Петербург, 1994), на 10-ом Международном конгрессе по биологической фиксации азота (С-Петербург, 1995), Международном симпозиуме по взаимодействию азотфиксирующих бактерий с растениями (Саратов, 1995), 9-ом Баховском коллоквиуме по азотфиксации (Москва, 1995), 7-ом Международном симпозиуме по биологической фиксации азота с небобовыми растениями (Пакистан, 1996), на 11 Международном конгрессе по биологической фиксации азота (Франция, Париж, 1997).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ и 4 работы находятся в печати.
Объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы,
описания материалов и методов, изложения в 5 главах полученных результатов и их
обсуждение, выводов и списка литературы. Работа изложена на страницах
машинописного текста, иллюстрирована рисунками, таблицами и 18
приложениями. Список литературы включает 253 наименования, из них 86 - на русском языке.