Оценка способности консорциума микроорганизмов к утилизации стерни Текст научной статьи по специальности «Сельское хозяйство, лесное хозяйство, рыбное хозяйство»

Аннотация научной статьи по сельскому хозяйству, лесному хозяйству, рыбному хозяйству, автор научной работы — Зиганшин Д.Д., Лукьянцев М.А., Егоршина А.А., Сироткин А.С.

Была оценена возможность применения микроорганизмов для утилизации стерни , остающейся после уборки злаковых культур. В экспериментальных исследованиях использовались бактериальные и грибные культуры. По результатам исследований выявлено, что наибольшая эффективность утилизации характерна для вариантов с участием гриба Humicola grisea ВКПМ F-181.

Текст научной работы на тему «Оценка способности консорциума микроорганизмов к утилизации стерни»

Д. Д. Зиганшин, М. А. Лукьянцев, А. А. Егоршина, А. С. Сироткин

ОЦЕНКА СПОСОБНОСТИ КОНСОРЦИУМА МИКРООРГАНИЗМОВ К УТИЛИЗАЦИИ СТЕРНИ

Ключевые слова: стерня, утилизация, биопрепарат.

Была оценена возможность применения микроорганизмов для утилизации стерни, остающейся после уборки злаковых культур. В экспериментальных исследованиях использовались бактериальные и грибные культуры. По результатам исследований выявлено, что наибольшая эффективность утилизации характерна для вариантов с участием гриба Humicola grisea ВКПМF-181.

Keywords: stubble, recycling, biological product.

The possibility of using microorganisms for the disposal of stubble left after harvesting cereals was evaluated. In the study the bacterial and fungi cultures were used. By results of study the greatest efficiency of utilization for fungus of Humicola grisea VKPMF-181 are characterized.

Большая часть пахотных земель в Российской Федерации засевается озимыми и яровыми культурами [1]. После их уборки на полях остаётся большое количество пожнивных остатков - стерни, которая является основным источником поступления свежего органического вещества в почву. Однако в растительных остатках также концентрируется огромное количество

фитопатогенов, которые весной активизируются.

В современной экологической обстановке агроценозы - это крайне несбалансированные экосистемы, которые в большинстве своем не способны подавить деятельность фитопатогенов за счет активности каких-либо антагонистов, следовательно, из года в год увеличивается количество больных растений и происходит накопление фитопатогенов в почве. Поэтому остро встает необходимость применения биопрепаратов, имеющих в своем составе антагонистов-фитопатогенов.

Кроме того, в России все более популярной становится технология нулевой обработки почвы (так называемая no-till технология), согласно которой почва не обрабатывается, а её поверхность укрывается специально измельчёнными остатками растений — мульчей [2]. Поскольку верхний слой почвы не рыхлится, такая система земледелия предотвращает водную и ветровую эрозию почвы, а также значительно лучше сохраняет воду; при этом, однако, возникает проблема быстрого разложения остатков растений для удобрения почвы.

Исходя из всего вышеизложенного, для биопрепарата-деструктора пожнивных остатков должно быть характерны два ключевых типа активности: антагонистическая и

целлюлозолитическая. Поэтому, по всей вероятности, потенциальный биопрепарат должен содержать в своем составе не один, а, как минимум, два микроорганизма с разным типом активности. Если антагонистов фитопатогенных грибов известно очень много [3], то эффективных целлюлозолитиков, разрушающих целлюлозу в аэробных условиях, известно гораздо меньше. К тому же необходимо учитывать ещё и проблемы, связанные с ферментативным гидролизом

целлюлозы, а именно феномен субстратного ингибирования, когда целлобиоза и глюкоза являются выраженными ингибиторами целлюлаз, а также крайне низкое содержание источников доступного азота в пожнивных остатках [4].

В связи с этим целью работы являлся поиск консорциума микроорганизмов, способных эффективно разлагать стерню и оказывать антагонистическую активность на фитопатогены почвы для получения перспективного биопрепарата - стернифага.

В качестве объектов исследований выступали бактериальные и грибные культуры, а именно: Humicola grisea ВКПМ F-181, Cellulomonas biazotea ВКПМ В-4143, Cellulomonas flavigena ВКПМ В-2560; Rhizobium cellulosilyticum OPN-114; Trichoderma asperellum OPF-19; Azospirillum zeae OPN-14, Bacillus pumilus OPE-28, Bacillus megaterium OPP-31.

Выбор данных микроорганизмов обусловлен их следующими характеристиками:

• Humicola grisea ВКПМ F-181, Cellulomonas biazotea ВКПМ В-4143, Cellulomonas flavigena ВКПМ В-2560, Rhizobium cellulosilyticum OPN-114 являются микроорганизмами, обладающими целлюлозолитической активностью;

• Trichoderma asperellum OPF-19 помимо целлюлозолитической, обладает еще и антагонистической активностью;

• Azospirillum zeae OPN-14 является азотофиксатором;

• Bacillus pumilus OPE-28 и Bacillus megaterium OPP-31 обладают антагонистической активностью, и, кроме того эффективно утилизирует глюкозу, образующуюся при разложении целлюлозы.

Для достижения поставленной цели были проведены эксперименты по изучению способности микроорганизмов разлагать солому. Солома была собрана в начале сентября 2015 года с поля после уборки яровой пшеницы. В лабораторных условиях она была высушена до воздушно-сухого состояния, после чего из случайно взятого пучка были отобраны участки бывших стеблей пшеницы (листовые части из эксперимента намеренно исключались), имеющие внешний вид,

свидетельствующий о незначительных

повреждениях другими микроорганизмами либо об отсутствии таких повреждений. Из них получали отрезки длиной 6 см, которые по отдельности взвешивали и также по отдельности стерилизовали автоклавированием при 1,1 атм, после чего стерильным пинцетом раскладывали парами в чашки Петри на агаризованную среду на основе 0,1%-го раствора лактозы в водопроводной воде. Согласно литературным данным [5] лактоза является стимулятором целлюлозолитической

Таблица 1 - Рост микроорганизмов на отрезках со.

активности. После этого перпендикулярно отрезкам на среду сеяли микроорганизмов. Чашки инкубировали в течение 18 суток в темноте при комнатной температуре (не выше 22°С). По истечении этого времени проводили визуальную оценку роста микроорганизмов на среде и отрезках соломы, а также промывку и высушивание до воздушно-сухого состояния отрезков соломы с целью определения их массы. Результаты представлены в таблице.

и изменение массы отрезков

Микроорганизмы Внешний вид Описание Изменение массы

Контроль 7 ^ Щ- УН ш Я 1 I ■ ж к *4 Видимые изменения отсутствуют -8,8%

Humicola grisea ВКПМ F-181 + Rhizobium cellulosilyticum ОР№114 1Н1 Ввиду более высокой скорости роста Rhizobium практически полностью вытеснил Humicola, колонии которой присутствуют только на отрезках или вблизи них -10,9%

Н. grisea ВКПМ F-181 + Trichoderma asperellum OPF19 г Ш 14 1 Растут оба гриба, но Trichoderma активнее. Подушечки ее конидий видны по всей площади тех отрезков, которые ранее были более подвержены воздействию других микробов. Рост Humicola лучше заметен на нетронутых отрезках. По-видимому, Trichoderma является антагонистом или паразитом (более вероятно) Humicola. -11,05%

Продолжение таблицы 1

Н. grisea ВКПМ F-181 + AzospirШum zeae ОР^14

Н. grisea ВКПМ F-181 + Се1Ш1отопа&' flavigena ВКПМ В-2560

Н. grisea ВКПМ F-181 + С. biazotea ВКПМ В-4143

Н. grisea ВКПМ F-181 + BacШus ритИи&' ОРЕ-28

Ниткой растет как на среде, так и на соломе, но на соломе лучше. Азоспириллы формируют мелкие прозрачные

колонии только вблизи отрезков. Ни в центре чашки, ни на самой соломе роста азоспирилл не наблюдается.

Ниткой растет активно. Рост С. flavigena заметено хуже, при этом только по штриху, на поверхности отрезков ее присутствие никак не проявляется.

Ниткой растет активно. Рост С. biazotea проявляется в виде мелких колоний только по штриху, на поверхности отрезков ее присутствие никак не проявляется.

Ниткой растет активно. Рост В. ритИш' проявляется в виде мелких колоний только по штриху, на поверхности отрезков ее присутствие никак не проявляется.

Окончание таблицы 1

Н. grisea ВКПМ F-181 + BacШus megaterium ОРР-31

Я. cellulosilyticum ОР№114 + Т. asperellum OPF19 + В. megaterium ОРР-31

Я. cellulosilyticum ОР№114 + Т. asperellum OPF19 + В. ритПш ОРЕ-28

Я. cellulosilyticum OPN-114 + Т. asperellum OPF19 + AzospirШum zeae ОР№14

Ниткой растет активно. Рост В. megaterium никак не проявляется.

Заметен рост только Яhizobium и Trichoderma. При этом в одной чашке Trichoderma очень активно обросла отрезки соломы, а в другой - слабо, что подтверждает сделанное ранее наблюдение о том, что гриб хорошо развивается только на ранее поврежденной другими микробами

Хорошо заметен рост только Яhizobium и Trichoderma. В. ритНш растет, но довольно слабо.

Хорошо заметен рост только Яhizobium и Trichoderma. Рост

AzospirШum практически незаметен.

Прежде всего, следует пояснить, что в вариантах, где убыль массы соломы оказалась ниже, чем в контроле, сыграло роль то, что микробную биомассу отмывали только с поверхности отрезков, однако, вероятным является то, что микроорганизмы

проникали и внутрь мертвых растительных тканей, откуда удалить их не представлялось возможным. В этом случае накопленная микробная биомасса «замещала» массу соломы.

Как видно из данных табл. 1, наибольшая убыль массы соломы характерна для вариантов с участием

гриба Humicola grisea, депонированного во Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов как эффективного

целлюлозолитика, разрушающего древесину. При этом возникают несколько важных вопросов, касающихся возможности его практического применения в качестве стернифага. Во-первых, тот факт, что этот гриб практически не обнаруживается в агроценозах [6], ставит под сомнение возможность успешной конкуренции с автохтонными микроорганизмами, присутствующими в почве и на растительных остатках в поле, особенно учитывая сравнительно низкую скорость роста Humicola grisea в культуре. В связи с этим следует предполагать, что эффективность препарата на основе этого гриба может быть невысокой. Кроме того, неизвестно, как Humicola grisea повлияет на растения в период вегетации при условии, что этот гриб будет сохраняться в почве на растительных остатках.

На основе анализа полученных данных дальнейшие исследования следует проводить в двух направлениях. Во-первых, в лабораторных условиях до проведения полевых испытаний необходимо оценить влияние Humicola grisea ВКПМ F-181 на

растения. Во-вторых, провести дальнейшие испытания потенциальных биопрепаратов, содержащих в своем составе Trichoderma asperellum OPF-19, являющегося не только целлюлозолитиком, но и антагонистом патогенных микроорганизмов.

1. Российский статистический ежегодник. 2015: Стат.сб./Росстат. - Р76 М., 2015. - 728 с.

2. Бакиров Ф.Г, Петрова Г.В Эффективность технологии No-till на чернозёмах южных оренбургского Предуралья // Известия ОГАУ. 2014. №1.

3. Ланкина Е. П., Хижняк С. В. Сравнительный анализ встречаемости бактерий-антагонистов к фитопатогенным грибам в бактериальных сообществах почв, почвоподобном субстрате и карстовых пещерах // Вестник КрасГАУ. 2013. №2.

4. Новиков А.А., Кисаров О.П. Обоснование роли корневых и пожнивных остатков в агрозенозах // Научный журнал КубГАУ, №78(04), 2012 год

5. Ivanova C1, Bääth JA, Seiboth B, Kubicek CP Systems analysis of lactose metabolism in Trichoderma reesei identifies a lactose permease that is essential for cellulase induction // PLoS ONE 8(5):e62631 ■ May 2013

6. Сенчакова Т. Ю. Микромицеты черноземных почв как объект биоиндикации в антропогенно-трансформированных экосистемах // Наука и современность. 2010. №6-1.

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎