Введение к работе
Актуальность работы. Выращивание овощных культур в условиях защищенного грунта дает возможность обеспечить население сельскохозяйственной продукцией круглый год. К сожалению, не всегда тепличные хозяйства работают достаточно эффективно. Причины этого различны, одной из основных является дефицит фосфора, что объясняется быстрым связыванием фосфора в почвах в виде труднодоступных для растений соединений при внесении его с удобрениями. В связи с этим усвояемость сельскохозяйственными растениями фосфорных удобрений не превышает 25% (Муромцев и др., 1985).
Для улучшения фосфорного питания растений и повышения их урожайности в ряде стран разрабатываются и внедряются биологические препараты, приготовленные на основе активных штаммов фосфатмобшшзующих почвенных микроорганизмов, и уже достигнуты определенные успехи в практическом их применении (Kucey, 1987; Базилевская,1989; Токмакова, 1997). Положительное действие фосфатмобилизующей микрофлоры связано как с увеличением доступного для растений фосфора, так и с образованием ими физиологически активных веществ. Установлено, что микроорганизмы, солюбилизирующие почвенные фосфаты, продуцируют растительные гормоны (ауксины и гиббереллины) в количествах, необходимых для ускорения роста ряда сельскохозяйственных культур (Sattar, Gaur, 1987; Glick, 1995).
Вместе с тем уделяется недостаточное внимание вопросу о роли фосфатмо-билизующих микроорганизмов в снабжении растений фосфором в условиях защищенного грунта. В связи с этим существенный теоретический интерес и практическое значение представляет изучение развития фосфатмобилизующей почвенной микрофлоры в тепличных условиях и ее влияние на урожайность овощных культур.
Необходимость улучшения обеспеченности сельскохозяйственных растений фосфором делает актуальным поиск различных регуляторов роста и развития микроорганизмов, которые могут активно влиять на размножение фосфатмобили-
4 зующей микрофлоры. Большие перспективы при этом имеют регуляторы роста микробного происхождения ввиду их экологической безопасности. Особый интерес представляет внеклеточная рибонуклеаза В. intermedius. Известно, что экзогенная РНКаза в микродозах стимулирует рост и деление микроорганизмов, увеличивает выход биомассы, усиливает способность бактерий продуцировать биологически активные вещества (Егоров и др., 1989; 1994; Ильинская и др., 1993; Ку-приянова-Ашина и др., 1995).
Цель и задачи исследований. Целью настоящего исследования явилась разработка бактериального препарата на основе эффективных штаммов фосфатмо-билизующих бактерий, с учетом влияния РНКазы В. intermedius на их жизнедеятельность для использования в условиях защищенного грунта.
В соответствии с заданной целью были поставлены следующие задачи.
-
Выделение из прикорневой зоны огурца и идентификация штаммов микроорганизмов, обладающих высокой активностью трансформации труднодоступных для растений фосфатов.
-
Изучение влияния РНКазы В. intermedius на размножение и физиологическую активность бактерий.
-
Определение сорбционной способности и проницаемости бактериальных клеток в отношении рибонуклеазы.
-
Исследование влияния фермента на электрокинетические свойства и ионную проницаемость микроорганизмов.
5. Определение возможности использования РНКазы для повышения эф
фективности фосфатмобилизующего сообщества и увеличения урожайности огур
ца в производственных условиях.
Научная новизна работы. Впервые из прикорневой зоны огурца в условиях защищенного грунта выделены и идентифицированы бактерии, характеризующиеся высокой активностью трансформации труднодоступных фосфатов.
Обнаружена способность РНКазы В. intermedius оказывать стимулирующее действие на размножение и физиологическую активность бактерий.
Установлено, что повышение фосфатмобилизующей активности бактерий под действием рибонуклеази связано с увеличением количества клеток. На штаммах Е. coli и В. subtilis показано, что действие фермента сопровождается увеличением удельной скорости роста клеток, прироста биомассы, что связано с сокращением лаг-периода клеточного цикла. Ускорение размножения коррелирует с повышением интенсивности дыхания бактериальных клеток. При этом отмечено более продуктивное потребление глюкозы.
Установлено, что стимулирующий эффект РНКазы связан со способностью фермента адсорбироваться на клеточной поверхности и взаимодействовать с ци-топлазматической мембраной. При этом наблюдается снижение плотности заряда клеток, меняется ионная проницаемость бактерий.
В модельном опыте показано, что инокуляция тепличного грунта сообществом фосфатмобилизующих бактерий способствует накоплению в нем водорастворимого фосфора, доступного для растений. Впервые в производственных условиях продемонстрирована возможность целенаправленного повышения урожая огурца путем предварительной обработки семян сообществом фосфатмобилизующих микроорганизмов. Применение РНКазы В. intermedins в качестве ростстимули-рующей добавки повышает эффективность использования микробного сообщества.
Практическое значение работы. Разработан способ получения бактериального препарата на основе активных штаммов фосфатмобилизующих бактерий, выделенных из прикорневой зоны огурца, с применением РНКазы В. intermedius в качестве стимулирующей добавки. Эффективность применения этого удобрения выражается в улучшении обеспеченности растений доступным фосфором и за счет этого в увеличении урожая огурца.
Способ испытан в совхозе "Казанский Тепличный" Республики Татарстан. В диссертации имеется акт производственного испытания, подтверждающий эффективность использования фосфатмобилизующего сообщества.
Апробация работы. Материалы диссертации были доложены на симпозиуме по биотехнологии в Голландии (Netherlands, 1995), Международной конференции "Экотехнология - 96" (Иркутск, 1996), на 8 Международной конференции молодых ученых "Синтез, исследование свойств, модификация и переработка высокомолекулярных соединений" (Казань, 1996), на 2 съезде Биохимического общества при Российской академии наук (Москва, 1997), на конференции молодых ученых (Казань, 1997), на итоговых научных конференциях Казанского государственного университета (1996,1998).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 120 страницах; состоит из обзора литературы, описания материалов и методов исследований, раздела собственных исследований, обсуждения результатов, выводов и списка литературы. Работа содержит 15 рисунков, 9 таблиц. Список литературы содержит 125 отечественных и 62 зарубежных авторов.