Формирование симбиоза между корнями рапса и азотфиксирующими бактериями

• Автор: Ковальская, Наталья Юрьевна
• Шифр специальности: 03.00.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 99 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
1. ВВЕДЕНИЕ
2. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
2.1. Ассоциативная азотфиксация
2.2. Симбиотическая азотфиксация
2.2.1. Бобово-ризобиальный симбиоз
2.2.2. Природные эндосимбиозы небобовых растений с микроорганизмами
2.2.3. Паранодуляция как пример искусственного формирования бактериальных эндосимбиозов с небобовыми растениями
2.3. Чистые и смешанные бактериальные культуры для инокуляции. Общие положения
2.4. Инокуляция растений чистыми культурами микроорганизмов
2.5. Инокуляция растений смешанными культурами микроорганизмов
2.6. Влияние инокулянта на нативное бактериальное сообщество
2.7. Выделение физиологически активных веществ (ФАВ) микроорганизмами
2.8. Рапс как важная сельскохозяйственная культура
2.9. Азотфиксация и денитрификация
2.9.1. Связь азотфиксация и денитрификации
2.10. Фиксация объектов для электронномикроскопических исследований. Общие положения
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

3.1. Объекты и методы исследования
3.1.1. Объекты исследования
3.1.1.1. Среды и условия культивирования микроорганизмов
3.1.2. Методы исследования
3.1.2.1. Постановка модельных опытов
3.1.2.2. Постановка вегетагрюнного опыта
3.1.2.3. Определение активности азотфиксации и денитрификации

3.1.2.4. Изучение р-клубеньков с помощью трансмиссионной электронной микроскопии
3.1.2.5. Изучение р-клубеньков с помощью сканирующей электронной микроскопии
3.1.2.6. Изучение р-клубеньков с помощью световой микроскопии
3.1.2.7. Определение содержания общего и белкового азота в растениях рапса
4. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
4.1. Получение и структурные особенности псевдоклубеньков в модельных опытах
4.1.1. Образование р-клубеньков на корнях рапса под действием абиогенного агента нодулядии
4.1.2. Образование р-клубеньков на корнях рапса под действием биогенного агента нодулядии
4.1.3. Образование р-клубеньков на корнях рапса при совместном действии агентЬв нодулядии и азотфиксирующих микроорганизмов
4.1.4. Морфологические особенности р-клубеньков корней рапса и распределение в них микроорганизмов
4.2. Азотфиксирующая активность микроорганизмов на корнях растений рапса в модельных опытах
4.3. Получение и структурные особенности псевдоклубеньков корней рапса в вегетационных опытах
4.4. Распределение микроорганизмов в псевдоклубеньках корней рапса
в вегетационном опыте
4.5. Азотфиксирующая и денитрифицирующая активность микроорганизмов на корнях растений рапса в вегетационном опыте
4.6. Влияние обработки нодулирующими агентами на продуктивность
и качество растительной продукции
5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
6. ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА

1. ВВЕДЕНИЕ

Интерес к проблеме биологической фиксации азота обусловлен не только первостепенной ролью этого процесса в азотном балансе биосферы Земли, но и его перспективностью как единственного экологически чистого источника связанного азота для нужд сельского хозяйства. В земледелии дефицит азота компенсируется внесением минеральных и органических удобрений, применение которых нередко приводит к загрязнению окружающей среды: сток с полей вызывает эвтрофикацию водоемов; вымывание легкорастворимых солей вниз по профилю ведет к загрязнению грунтовых вод; в присутствии избыточного количества минерального азота в результате кометаболизма разрушается запас гумуса почв; в процессе денитрификации и нитрификации образуется закись азота, вызывающая парниковый эффект и др. Кроме того, получение минеральных азотных удобрений - весьма энергоемкий и дорогостоящий процесс. Все это вызывает необходимость более полного использования "биологического" азота, для которого отсутствуют все перечисленные выше отрицательные эффекты. I
Фиксация молекулярного азота - один из наиболее масштабных микробиологических процессов в биосфере Земли, который осуществляется только прокариотами. Поскольку азотфиксация является энергоемким процессом, в природе он нередко связан с растениями и другими фототрофами. По тесноте (по степени близости компонентов такой азотфиксирующей системы) этой связи различают симбиотическую и ассоциативную азотфиксацию, продуктивность которых определяется характером такой связи. При связывании азота клубеньковыми бактериями в симбиозе с растениями семейства бобовых, а также некоторыми актиномицетами и цианобактериями в симбиозе с небобовыми растениями (симбиотическая азотфиксация), в почву поступает до 300-500 кг/га/год азота. Вклад ассоциативной азотфиксации существенно ниже и, например, в

Известно стимулирующее действие цианобактерий на растения путем выделения ими ФАВ. Так, нитчатые цианобактерии Anabaena variabilis, А. azollae, Nostoc sp. оказывают положительный эффект на всхожесть, длину корней, стеблей и вес проростков риса (Oriza sativa) и кресс-салата (Lepidium sativum L.). Штамм Nostoc sp. оказывал наибольшее стимулирующее действие на проростки, увеличивая на 30 - 40% их длину у риса, и на 12 — 15% у кресс-салата. Меньший эффект оказывали культуры исходных штаммоц A. variabilis и A. azollae (Михеева и др., 1989). Обработка семян риса 15 - и 30 - суточным фильтратом азотфиксирующих цианобактерий Anabaena cylindrica увеличивала после 24 часов число проросших семян и длину проростков на 23 - 29% по сравнению с контролем (Никитина и др., 1989). Азотфиксирующие цианобактерии А. sphaerica и Nostoc muscorum увеличивали на 15 - 30% всхожесть семян риса. В присутствии цианобактерий общее число корней одного проростка увеличивалось на 50 - 150%, а средняя длина корней - на 30 - 70%. Средняя длина проростков при этом увеличивалась на 60 - 80% (Якунин и др., 1989). В случае интродукции азотфиксирующих цианобактерий Nostoc sp. или Anabaena sp. в ризосферу пшеницы, как в вариантах с наличием связанного азота, так и в его отсутствии, установлен значительный рост корневой системы растений в длину, однако, сухой вес корней при этом не увеличивался (Obreht et al, 1993).
Известны также некоторые другие механизмы стимуляции роста растений почвенными бактериями. Ризосферные микроорганизмы способны, в частности, мобилизовать фосфор труднорастворимых фосфатов, марганец и другие элементы, переводя в доступную для растений форму. Такая способность была обнаружена для бактерий Ps.fluorescens, Ps. putida, Achromobacter sp., инокуляция которыми приводила к увеличению длины корня, развитию боковых корней, побегов, повышению урожайности (Höflich, Kuhn, 1996); для бактерии Bacillus firmus и Klebsiella terrigena увеличивающих урожай ячменя (Zlotnikov et al, 1995); энтеробактерии также