Scientific journal
Fundamental research
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,222

CHARACTERIZATION OF RHIZOSPHERA’S AND RHIZOPLANA’S MICROBIAL COMMUNITY OF CUCURBITA PEPO L.

Artamonova M.N. 1 Potaturkina-Nesterova N.I. 1
1 International Relations Department Ulyanovsk State University
Изучен микробоценоз прикорневой зоны Cucurbita pepo. В ходе исследования были выделены бактерии, населяющие ризосферу и ризоплану тыквы обыкновенной. Изучен видовой состав микробного населения ризосферы в различные периоды вегетации. Установлено, что на начальных этапах развития тыквы в ризосфере тыквы преобладают грамотрицательные бактерии родов Pseudomonas, Enterobacter, в более поздние фазы – спорообразующие бациллы. Таким образом, наибольшее видовое разнообразие микробного сообщества ризосферы Cucurbita pepo наблюдалось в период цветения и плодоношения. Показано, что имеются качественные и количественные различия микробного населения ризосферы и ризопланы. Наиболее плотнозаселенной нишей является ризосфера. Микробное сообщество ризосферы представлено энтеробактериями Citrobacter freundii, Shewanella putrefaciens, а также спорообразующими бактериями Bacillus subtilis и B. megaterium. Доминирующее место в микробоценозе ризопланы занимали грамотрицательные палочки Shewanella putrefaciens и Serratia odorivera.
It has been studied root zone microbocenosis of Cucurbita pepo. It has been identified bacteria that inhabit the rhizosphere and rhizoplan of pumpkin. It has been researched species composition in the rhizosphere of different periods of the growing season. It has been established that gram-negative bacteria Pseudomonas and Enterobacter were prevailed in pumpkin’s rhizosphere of the early vegetative stages and spore-forming bacillus were dominated in the later phases. Thus, the highest species diversity of Cucurbita pepo rhizosphere microbial community was observed during flowering and fruiting. It has been shown that there are qualitative and quantitative differences in the microbial population of the rhizosphere and rhizoplan. Rhizosphere is more populated than rhizoplan. Rhizosphere microbial community was presented by Citrobacter freundii, Shewanella putrefaciens, as well as spore-forming bacterium Bacillus subtilis and B. megaterium.Gram-negative sticks Shewanella putrefaciens and Serratiae odorivera were dominated in microbocenosis of rhizoplan.
rhizosphere
rhizoplan
rhizobacteria
rhizosphere effect
1. Boronin A.M., Sorovskij obrazovatelnyj jurnal – Soros Educational Journal, 1998, no. 10, pp. 25–31.
2. Bukharin O.V., Assotsiativnyj simbioz (Associative symbiosis). Yekaterinburg, UrORAN, 2007. 264 p.
3. Veselov S.Y., Arkhipova T.N., Melentyev A.I., Prikladnaya biohimiyaimicro biologiya – Practical biochemistry and microbiology, 1998, no. 34, pp. 175–179.
4. Gazheeva T.P., Gordeeva T.H., Maslennikova S.N., VestnikOgu – Journal of Omsk State University, 2011, no. 12, pp. 328–330.
5. Glotov V.A., Maslichnye kultury. Nauchno-tehnicheskij bulleten vserossijskogo nauchno-issledovatelskogo instituta maslichnyh kultur – Oilseeds. Scientific and technical bulletin all- russian research Institute oilseeds, 2006, no. 2, pp. 145–155.
6. Emtsev V.T. Microbiologiya uchebnik dly vuzov (Microbiology: textbook for high schools). Moscow, Drofa, 2005, pp. 249–251.
7. Shaposhnikov A.I., Belimov A.A., Kravchenko L.V., Vivanko D.M., Selskohozyajstvennaya biologiya – Agricultural biology, 2011, no. 3, pp. 16–22.
8. Lugtenderg B.J.J., de Weger L.A., Bennett J.W., Microbial stimulation of plant growth and protection from disease. Curr. Opinions in Microbiol, 1991. Vol. 2, pp. 457–464.
9. Thomashov L. S., Weller D.V., Role of phenazine antibiotic from Pseudomonas fluorescence 2-79 in biological control of Gaumannomyces graminis var. tritici. J. Bacteriol, 1988. Vol. 170, pp. 3499–3508.

Положительная роль микроорганизмов в выращивании сельскохозяйственных культур связана с образованием симбиотических отношений между растением и микробным сообществом в ризосфере растений [1, 7]. В образуемом эктосимбиозе корневые экссудаты растений являются субстратом и факторами роста некоторых групп микробных сообществ, которые выполняют роль антифитопатогенов, утилизаторов нежелательных продуктов метаболизма растений, регуляторов общей концентрации микроорганизмов в почве, регуляторов подвижности и кругооборота минеральных веществ в агроэкосистеме [5].

К настоящему времени накоплен большой экспериментальный материал, доказывающий значительную роль ризобактерий в жизнедеятельности многих сельскохозяйственных растений [2, 8, 9]. Однако сведения о ризосферной микрофлоре Cucurbita pepo L., являющейся ценной овощной, кормовой и масличной культурой, отсутствуют.

Цель: изучить видовой состав микробного сообщества ризосферы и ризопланы тыквы в различные периоды роста и развития.

Материал и методы исследования

Объектом исследования явились микроорганизмы, выделенные из ризосферы и ризопланы тыквы обыкновенной (Cucurbita pepo L.) Оценку видового состава изучаемого микробоценоза проводили методом посева полученной суспензии на плотные питательные среды: МПА, Эндо, Симмонса, культуры инкубировали при t = 37 °С в течение 48 ч [6]. Исследования проводили в течение четырёх вегетационных периодов: фазе всходов, бутонизации, цветения и плодоношения. Идентификацию микроорганизмов осуществляли на основе изучения морфологических, тинкториальных, культуральных, физиолого-биохимических свойств выделенных микроорганизмов с помощью программного обеспечения для автоматизированной идентификации бактерий производства ООО «НПО Диагностические системы».

Результаты исследования и их обсуждение

Исследования показали, что микробное сообщество прикорневой зоны Cucurbita pepo характеризуется высокой плотностью и видовым разнообразием. При этом качественный и количественный состав микробоценоза ризосферы зависит от фазы развития растения и меняется в течение всего вегетационного периода.

В фазе всходов были выделены бактерии р. Pseudomonas и Enterobacter spp. Бациллы на первых фазах развития растения распространены слабо, так как эти бактерии плохо утилизируют простые органические соединения, синтезирующиеся в начальные периоды вегетации. Ризосферный эффект увеличивался после прорастания семени и достигал максимума в период цветения и плодоношения растений. В стадии бутонизации, цветения и плодоношения были выделены: Pseudomonas fluorescens, Enterobacter spp., неферментирующие бактерии (Acinetobacter haemoliticus и Shewanella putrefaeciens), энтеробактерии (Citrobacter freundi, Serratiae odorivera, E. amnigenes, E. cancerogenes, E. intermedius, E. gergoviae. E. aerogenes) и спорообразующие бактерии р. Bacillus (B. subtilis, B. cereus, B. megaterium) (таблица).

Видовой состав микробоценоза ризосферы Cucurbita pepo в различные периоды вегетации

Виды ризобактерий

Фазы вегетации

всходов

бутонизации

цветения

плодоношения

P. fluorescens

+

+

Enterobacter spp.

+

+

E. amnigenes

+

E. cancerogenes

+

E. aerogenes

+

E. intermedius

+

E. gergoviae

+

Citrobacter freundi

+

Serratiae odorivera

+

Acinetobacter haemoliticus

+

Shewanella putrefaeciens

+

Bacillus subtilis

+

+

B. cereus

+

B. megaterium

+

Из таблицы видно, что наибольшее видовое разнообразие микробного сообщества ризосферы было отмечено в фазе цветения и плодоношения. Такая смена качественного состава микробного сообщества ризосферы, по-видимому, связана с изменением синтетической активности корней растений на различных стадиях вегетации: в начальные периоды преобладают бактерии, питающиеся корневыми выделениями растений, в более поздние периоды доминируют гидролитики, разлагающие растительный опад.

В ходе изучения квантитативных показателей микробного сообщества ризосферы было установлено, что общая численность ризобактерий изменяется в зависимости от фазы развития Cucurbita pepo. В фазе всходов общая численность ризобактерий составляла 2,56 ± 0,035 lg КОЕ/мл, из них 95 % приходилось на неспорообразующие бактерии. В фазе бутонизации плотность колонизации микробного сообщества ризосферы составляла 2,97 ± 0,023 lg КОЕ/мл, из них на долю неспорообразующих форм бактерий приходилось 86 %. В фазе цветения и плодоношения общая численность ризобактерий составляла 3,54 ± 0,031 lg и 3,61 ± 0,042 lg КОЕ/мл соответственно. На поздних фазах вегетации (цветения и плодоношения) доля спорообразующих бацилл от общей численности ризобактерий составляла 13 и 48 % соответственно.

Известно, что с наступлением фазы плодоношения происходит снижение метаболической деятельности корней, что проявляется в снижении количества выделяемых метаболитов и связано с уменьшением снабжения корневой системы углеводами [3, 4]. Таким образом, доля спорообразующих бацилл в общей численности ризобактерий увеличивается в процессе роста и развития Cucurbita pepo и максимальна в фазе плодоношения.

Микрофлора ризоплана в определенной степени также отличается от микробного ценоза ризосферы. В ризоплане обычно преобладают грамотрицательные бактерии, в то время, как ризосферу населяют в основном спорообразующие бактерии. Доминирующее место в микробном ценозе ризосферы тыквенных растений занимали Citrobacter freundii, их численность достигала 3,2 ± 0,001 lg КОЕ/мл, количественные показатели B. subtilis и B. megaterium составили 3,1 ± 0,012 и 2,9 ± 0,014 lg КОЕ/мл соответственно. Непосредственно на корнях растений выявлено достоверно меньшее количество микроорганизмов (р < 0,05), чем в прикорневой зоне.

art_1.wmf

Рис. 1. Динамика численности ризобактерий Cucurbita pepo в различные периоды вегетации (1– фаза всходов, 2 – фаза бутонизации, 3 – фаза цветения, 4 – фаза плодоношения)

art_2.wmf

Рис. 2. Квантитативные показатели микробного ценоза ризосферы и ризопланы Cucurbita pepo

Микробное сообщество ризоплана было представлено в основном грамотрицательными палочками Shewanella putrefaeciens и Serratia freundii, их количество достигало 2,6 ± 0,015 и 2,3 ± 0,011 lg КОЕ/мл соответственно. Квантитативные показатели B.megaterium и B.subtilis в микробоценозе ризопланы составили 2,4 ± 0,015 и 1,8 ± 0,011 lg КОЕ/мл соответственно (р < 0,05).

Выводы

1. Видовой состав микробного сообщества ризосферы и ризопланы имеет существенные отличия. Микрофлора ризосферы представлена спорообразующими бактериями B. subtilis и B. megaterium, энтеробактериями Citrobacter freundi и Shewanella putrefaeciens. В микробном населении ризопланы доминируют грамотрицательные бактерии Shewanella putrefaeciens и Serratia odorivera, в достоверно меньшем количестве выделены B. subtilis и B. Megaterium.

2. Видовой состав микробного сообщества ризосферы и ризопланы тыквы изменяется в зависимости от периода роста и развития. В фазе всходов микробоценоз представлен Pseudomonas spp. и Enterobacter spp., в стадии бутонизации – Pseudomonas fluorescens, Enterobacter spp., Bacillus subtilis, B. cereus. В стадии цветения и плодоношения были выделены неферментирующие бактерии: Acinetobacter haemoliticus и Shewanella putrefaeciens, представители семейства энтеробактерий C. freundi, S. odorivera, E. amnigenes, E. cancerogenes, E. intermedius, E. gergoviae. E. aerogenes, и спорообразующие бактерии B. subtilis, B. Megaterium.

3. Квантитативные показатели микробного сообщества ризосферы и ризоплана имеют существенные отличия. Наиболее плотнозаселенной нишей является ризосфера, где доминирующее место занимает Citrobacter freundii и спорообразующие бактерии – B. subtilis и B. megaterium. Плотность колонизации бактерий в ризоплане достоверно меньше, основная доля приходилась на грамотрицательные бактерии Shewanella putrefaeciens и Serratia odorivera. Количественные показатели B. subtilis, B. megaterium были достоверно меньше, чем в ризосфере (1,8 ± 0,011 и 2,4 ± 0,015 lg КОЕ/мл соответственно; р < 0,05).

4. Общая численность ризобактерий Cucurbita pepo зависит от фазы роста и развития растения. В фазе всходов общая численность ризобактерий составляла 2,56 ± 0,035 lg КОЕ/мл, из них 95 % приходилось на неспорообразующие бактерии и 5 % – на спорообразующие бациллы. В фазе бутонизации общая численность бактерий ризосферы составляла 2,97 ± 0,023 lg КОЕ/мл, из них на долю неспорообразующих микробов и бацилл приходилось 86 и 14 % соответственно. В фазе цветения на долю спорообразующих бактерий приходилось 13 % от общей численности бактерий, равной 3,54 ± 0,031 lg КОЕ/мл. Максимум численности бацилл был отмечен в фазе плодоношения и составлял 48 % от общей численности ризобактерий, равной 3,61 ± 0,042 lg КОЕ/мл.

Рецензенты:

Золотухин В.В., д.б.н., профессор кафедры зоологии, ФГБОУ ВПО «Ульяновский государственный педагогический университет им. И.Н. Ульянова», г. Ульяновск;

Артемьева Е.А., д.б.н., профессор кафедры зоологии, ФГБОУ ВПО «Ульяновский государственный педагогический университет им. И.Н. Ульянова», г. Ульяновск.

Работа поступила в редакцию 05.12.2013.