ВВЕДЕНИЕ 5
1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 7
1.1. Роль фосфора в жизни растений 7
1.1.1. Проблема дефицита фосфора, как важнейшего элемента
минерального питания растений 8
1.1.2. Дефицит фосфора в почвах Ярославской области 10
1.2. Симбиотические микроорганизмы 11
1.2.1. Роль ризосферных микроорганизмов в жизни растений .... 12
1.3. Фосфатмобилизирующие бактерии 14
1.3.1. Механизмы фосфатмобилизирующей активности 14
1.3.2. Основные группы фосфатмобилизирующих
микроорганизмов, их распространение в природе 20
1.3.3. Создание биопрепаратов на основе
фосфатмобилизирующих бактерий 24
2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ 26
2.1. Среды и условия культивирования бактерий 26
2.1.2. Штаммы бактерий, использованные в работе 26
2.2. Качественный анализ фосфатмобилизирующей активности 26
2.3. Проверка штаммов на фитопатогенность 27
2.4. Количественный анализ фосфатобилизирующей активности 27
2.5. Изучение влияния штаммов на рост растений в условиях песчаной
культуры 28
2.6. Изучение влияния бактериальных штаммов на рост растений 29
в условиях песчаной культуры с добавлением фосфатной руды 29
2.7. Статистический анализ данных 30
2.8. Молекулярно-генетическая идентификация
фосфатмобилизирующих штаммов бактерий 31
3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ 35
3.1. Скрининг бактерий, обладающих фосфатмобилизующей
активностью 35
3.2. Оценка фитопатогенных свойств бактерий, ассоциированных 37
с подземными органами D. incarnata 37
3.3. Идентификация бактериальных штаммов 38
3.4. Количественная оценка фосфатмобилизирующей активности
бактерий, ассоциированных с подземными органами D. incarnata 40
3.5. Количественная оценка активности фосфатмобилизирующих
бактерий мобилизовать фосфор из фосфатной руды 44
3.6. Постановка вегетационного опыта по изучению влияния
фосфатмобилизирующих бактерий на рост и развитие растений в среде с ТКФ в виде источника фосфора 47
3.7. Постановка вегетационного опыта по изучению влияния
фосфатмобилизирующих бактерий на рост и развитие растений в песчаной культуре с фосфатной рудой 59
ВЫВОДЫ 67
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 68
ПРИЛОЖЕНИЕ 78
Фосфор - второй по значимости для растений химический элемент после азота [71]. Он участвует во многих жизненно важных процессах, ускоряет развитие и плодоношение растений, повышает зимостойкость, усиливает рост корней, повышает устойчивость к болезням. Фосфор является составной частью молекул АТФ, участвует в фотосинтезе, входит в состав цитоплазматических мембран клеток. Фосфор входит в состав нуклеиновых кислот, тем самым участвует в передаче генетической информации из поколения в поколение. Общее содержание этого элемента в растениях составляет от 0,1 до 0,5% [43].
Недостаток фосфора у растений обычно выражается в уменьшении количества листьев и размеров листовых пластинок или в их отмирании, снижении скорости роста побегов и корней, задержке созревания культур, уменьшении количества плодов. Недостаток фосфора считается важным лимитирующим фактором в продукции сельского хозяйства, снижает использование азота и биосинтез белков [78].
В растворимой форме находится только около 0,1% почвенного фосфора. В связи с этим возникает проблема восполнения дефицита этого элемента у растений.
Для решения данной проблемы, в настоящее время, в почвы вносятся большие дозы минеральных фосфатных удобрений. Однако это не решает проблему в полной мере, потому что большая часть фосфатов переходит в нерастворимые и неподвижные формы, и, следовательно, становится недоступной для растений [66, 74]. Внесение фосфатных удобрений в больших количествах приводит нарушению минерального состава почвы, эвтрофикации водоемов, накоплению тяжелых металлов в почве и воде и другим негативным экологическим последствиям [72].
Таким образом, актуальной становится проблема обеспечение растений доступными формами фосфора при минимальных дозах минеральных удобрений.
Решению данной проблемы способствуют эндофитные и ризосферные микроорганизмы, в частности, бактерии и грибы, у многих из которых обнаружена способность к микробиологическому высвобождению (солюбилизации) нерастворимого фосфата в растворимые формы (фосфатмобилизация).
Цель работы: изучить фосфатмобилизирующую активность бактерий, ассоциированных с Dactylorhiza incarnata,оценить их влияние на рост и развитие растений.
Задачи:
1. Провести скрининг бактерий с фосфатмобилизирующими свойствами.
2. Провести количественную оценку фосфатмобилизирующей активности отобранных штаммов.
3. Оценить способность исследуемых штаммов бактерий мацерировать растительную ткань, выявить фитопатогенные формы микроорганизмов.
4. Изучить влияние штаммов фосфатмобилизирующих бактерий на рост и развитие растений in vivoв условиях лабораторного эксперимента.
5. Провести молекулярно-генетическую идентификацию наиболее эффективных штаммов бактерий по определению последовательности гена 16S рРНК.
1. По результатам качественного анализа были отобраны 5 штаммов бактерий, обладающих выраженной фосфатмобилизирующей активностью: GRT221, SR212, GEOT18, GPR225, JR210.
2. Проверка выбранных штаммов на фитопатогенность показала, что штамм JR210 вызывает мацерацию растительной ткани и не может применяться для оптимизации минерального питания растений.
3. Молекулярно-генетическая идентификация штаммов с наиболее ярко выраженной способностью к фосфатмобилизации показала, что они принадлежат к роду Pseudomonas.Это штаммы P. chlororaphis GPR225 подвид aurantiaca, P. migulae GEOT18 и P. brassicacearum GRT221.
4. По результатам количественного анализа было выяснено, что штаммы P. chlororaphis GPR225 подвид aurantiacaи P. migulae GEOT18 при культивировании на среде, содержащей в качестве источника фосфора ТКФ, повышают концентрацию фосфора в культуральной жидкости, соответственно, до 3,25 и 3,32 мг/мл, а штаммы P. brassicacearum GRT221, P. sp. SR212 - до 1,12 и 0,71 мг/мл. При культивировании штаммов на среде, содержащей в качестве источника фосфора фосфатную руду с массовой долей P2O5 39%, значения мобилизации фосфора исследуемыми штаммами значительно ниже. Наибольшая концентрация растворенного фосфора обнаруживается в культуральной жидкости штамма P. chlororaphis GPR225 подвид aurantiacaи составляет 1,31 мг/мл.
5. По результатам биотеста на культуре бархатцах отклоненных (Tagetes patula)было установлено, что штаммы P. brassicacearum GRT221, P. chlororaphis GPR225 подвид aurantiacaи P. migulae GEOT18 способствуют увеличению длины побегов, а также сухой и сырой массы растений.
