Введение к работе
Актуальность проблемы. Ключевой проблемой сельского хозяйства в-свете требований «Основных направлений экономического н социального развития СССР на 1981—1985 годы и на период до 1990 года» и Продовольственной программы, принятой майским (1982 г.) Пленумом ЦК КПСС, является резкое увеличение производства сельскохозяйственной продукции преимущественно за счет повышения плодородия почв. Успешное решение этой задачи может быть осуществлено только при Всестороннем и глубоком понимании микробиологических процессов, совершающихся в почве и корневой зоне растений; Познание жизни в почве, изучение протекающих в ней биологических и биохимических процессов неразрывно связаны с познанием живых организмов, населяющих почву.
В -.поддержании и повышении плодородия почвы лежат биохимические механизмы трансформации веществ и энергии, в которых участвуют разнообразные представители почвенных микроорганизмов. Размножение почвенных микроорганизмов и биохимические процессы, вызванные ими, энергично протекают в корневой зоне (ризосфере) растений, зоне, которая содержит экссудаты корней, являющиеся для них трофическим н энергетическим, источником (Красильников, 1958; Доросин-ский. Крупина, 1960; Иванов, 1973; Берестецкнй, 1982; Rovira, 1965, 1969; Postgate, 1974; Dobereiner, 1978).
Развивающиеся в корневой зоне растений микроорганизмы своими продуктами метаболизма оказывают существенное влияние на урожайность растений. Взаимоотношения растений с рнзосферной микрофлорой носят-чаще характер раздельного симбнотрофизма, т. е. они обоюдно полезны и растениям и микроорганизмам (Возняковская, 1969).
Основное внимание в изучении микрофлоры корневой зоны было уделено аэробным микроорганизмам (Возняковская, Жильцова, 1959; Образцова с соавт., 1961; Фильченкова, Самосова, 1971; Kaunat, 1963; Bowen, 1980; Bennett, Lynch, 1981).
В составе микрофлоры корневой зоны большую роль играют анаэробные микроорганизмы. Однако, несмотря на
ЦЕНТРАЛЬ1 'АЯ '
НАУЧНАЯ Ь в)\ -ОТГ-1 '.
Моск.СОЛ^ІОХОі. ЙЧЇ-. '.-<
им, К. а. Ту.іи^? , і
Инн. №—zd^94
важную роль, которую выполняют эти микроорганизмы в анаэробной зоне биосферы, их изучению в почве и, в частности, в корневой зоне растении, уделялось крайне мало внимания (Katznelson, 1946; Rovira, 1965; Skinner, 1968).
Среди облигатных анаэробов почвы существенное место занимают спорообразующие бактерии рода Clostridium. Они активно участвуют в трансформации различных минеральных и органических соединении, фиксируют молекулярный азот атмосферы и т. п. (Емцев, 1961; Мншустин, Емцев, 1974; Соболева с соавт., 1977; Горова, 1979; Smith, 1975).
В ходе вещественно-энергетических превращений в корневой зоне растений и в экосистеме в целом анаэробы рода Clostridium играют важную биологическую роль в росте и продуктивности растении, которая, однако, крайне недостаточно изучена и поэтому четко не сформулирована. Совершенно не освещены в литературе вопросы взаимосвязи анаэробов и различных особенностей высших растений, таких, как нх фото-синтетическая активность. Вследствие этого остается нерешенным ряд вопросов формирования, функционирования н раз* множення анаэробных ассоциаций в конкретных экосистемах. Это одна из основных причин отсутствия теоретической концепции, дающей ключ к регулированию и управлению биологической активностью и через нее плодородием почвы.
Таким образом, большой теоретический интерес, практическое значение и слабая изученность анаэробов, главным образом, Clostridium в корневой зоне растений предопределили основные задачи наших исследований.
Цель и задачи исследований. Целью исследования было изучение ассоциаций анаэробных бактерий рода Clostridium и азотфнкенрующей активности в корневой зоне растений, обладающих различными типами фотосинтеза.
Для выполнения работы были поставлены следующие задачи; 1. Разработка методов учета и выделения ассоциаций анаэробных бактерий рода Clostridium в корневой зоне растений. 2. Изучение динамики численности сахаролнтнческнх и протеолитических анаэробных бактерий в корневой' зоне растений и определение их таксономического состава. 3. Исследование связи между интенсивностью фотосинтеза кукурузы (CU) и овса (С3) и нитрогеназной активностью в их корневых зонах. 4. Изучение топографии анаэробных бактерий в ризо-плане с помощью сканирующей микроскопии.
Научная новизна. В работе впервые получены количественные данные о наличии сахаролнтнческнх и протеолитических анаэробов рода Clostridium в ризосфере и рнзоплане сельскохозяйственных культур — кукурузы и овса. Впервые изучена связь между численностью анаэробных бактерий рода Clostridium, интенсивностью фотосинтеза кукурузы и овса и
нитрогеназной активностью в корневой зоне растений в течение вегетационного периода и суток. Установлено, что азот-фнксирующая активность бактерий рода Clostridium также связана с интенсивностью фотосинтеза.
Практическая ценность. Результаты исследований могут Сыть использованы для разработки практических рекомендаций по усилению биологической фиксации азота атмосферы некоторых сельскохозяйственных культур за счет повышений интенсивности их фотосинтеза.
Кроме того, результаты методических разработок, осуществленных при выполнении диссертационной работы, могут быть использованы в лабораториях микробиологии научно-исследовательских институтов сельского хозяйства, сельскохозяйственных вузов и биологических факультетов университетов.
Апробация работы. Основные разделы работы были до- .' ложены на научной конференции ТСХА (июнь, 1982 г.), на Всесоюзном симпозиуме «Микроорганизмы как компонент биогеоценоза» (Алма-Ата, 27—29 сентября, 1982 г.), на VII Всесоюзном Ваковском коллоквиуме по азотфнксацин {Тбилиси, май 1983 г.), на Международном симпозиуме по азот-фиксации в Нидерландах 28 августа—3 сентября 1983 г.
Публикация результатов работы. По материалам диссертационной работы опубликовано 2 статьи. В печати находится две статьи.
Структура диссертационной работы. Диссертация изложена на 171 странице машинописного текста it состоит из введения, 5 глав и общих выводов. Иллюстративный материал имеет 18 таблиц и 27 рисунков. Библиография содержит 275 наименований работ, в том числе 145 работ зарубежных авторов.