Сысоева ольга валерьевна факторы, влияющие на микробиоту раствора для выращивания растений в экспериментальной модели экологической системы жизнеобеспечения специальность 03.02.08
микроорганизмов в ирригационном растворе, выделенных на жидких питательных средах микроорганизмов в ирригационном растворе для выращивания высших растений были исследованы аммонифицирующие бактерии, истинные и косвенные бактерии-денитрификаторы, целлюлозоразрушающие микроорганизмы. Данные об изменении численности отдельных физиологических групп микроорганизмов в течение эксперимента представлены в таблице 37.
Численность микроорганизмов на жидких питательных средах в течение эксперимента (НВЧ* /1мл раствора) Группа микроорганизмов Денитрифицирующие Примечание: * - НВЧ – наиболее вероятное число микроорганизмов;
** – присутствовали несъедобные отходы редиса, салата и солома пшеницы;
*** – присутствовали несъедобные отходы редиса, салата, чуфы и солома пшеницы.
Статистическая обработка проведена при расчете количества микроорганизмов по таблице Мак-Креди, основанной на методах вариационной статистики.
Среди микроорганизмов, участвующих в превращении азотистых веществ, наиболее многочисленна была группа аммонифицирующих, количество которых исчислялось миллионами клеток в 1 мл раствора (таблица 37). Количество аммонифицирующих бактерий увеличивалось в течение всего эксперимента. К 306 суткам численность аммонифицирующих бактерий достигла максимума (таблица 37).Возможно, такая тенденция связана с постоянным внесениемв почвоподобный субстрат органических веществ в виде растительных отходов.
Количество косвенных денитрификаторов, восстанавливающих нитраты до нитритов или аммиака, варьировало от нескольких тысяч до сотен тысяч клеток в 1 мл питательного раствора. Численность истинных денитрификаторов, восстанавливающих нитраты до молекулярного азота значительно колебалась (таблица 37).
Однако присутствие денитрифицирующих микроорганизмов не может служить прямым доказательством наличия процесса денитрификации, так как одни и те же бактерии в зависимости от условий могут участвовать в различных микробиологических процессах. Денитрификация зависит от наличия нитратов, легкоусвояемого органического вещества, нейтральной или слабощелочной реакции среды и анаэробных условий. Последнее не обязательно, т.к. восстановление нитратов до свободного азота не подавляется и при полном доступе воздуха(Умаров и др., 2007).
О присутствии азота в нитратной и аммонийной формах в питательном растворе свидетельствуют химические анализы (таблица 38)(Величко и др., 2011).
Содержание азота в ирригационном растворе (мг / л) Примечание: * – вносили несъедобные отходы редиса и салата;
** – вносили несъедобные отходы редиса, салата и чуфы Реакция ирригационного раствора для выращивания разновозрастной поликультуры растений на почвоподобном субстрате была нейтральной или слабощелочной (таблица39).
Изменение рН ирригационного раствора в течение эксперимента Сочетание вышеперечисленных условий в питательном растворе, видимо, приводило к росту числа истинных денитрификаторов (таблица 37) и, как следствие, потерям азота в среде.
Увеличение численности целлюлозоразрушающих микроорганизмов (таблица 37) до 193 суток может свидетельствовать об ускорении разложения трудноокисляемых органических веществ в растворе. Уменьшение количества вносимых отходов вызывает снижение количества бактерий, редуцирующих клетчатку (306 сутки эксперимента).
С 193 по 306 сутки эксперимента численность всех физиологических групп микроорганизмов, за исключением аммонификаторов, уменьшилась на 1-2 порядка.
3. 3. 3 Влияние вносимых несъедобных отходов растений на состав микробиоты ирригационного раствора В почвоподобный субстрат (ППС), подтапливаемый ирригационным раствором, в течение эксперимента вносили несъедобные растительные отходы (рисунок 20, по данным лаборатории УБФ), среди несъедобных частей растений большую часть составляли листья растений чуфы. Вместо собранных съедобных частей растений вносилось эквивалентное количество пшеничной соломы, выращенной на отдельномППСи другом растворе (ПриложениеА, рисунок А.1).
сухая биомасса, г Рисунок 20 – Динамика внесения несъедобных растительных отходов в Примечание: виды отходов:
- общее количество несъедобных частей растений;
- несъедобные отходы чуфы (листья);• - несъедобные отходы редиса(листья) Для более точного определения зависимости между численностью отдельных групп микроорганизмов и количеством внесенных несъедобных растительных отходов (листьями редиса, листьями и стеблями чуфы, пшенично соломой) (рисунок А.1), был подсчитан коэффициент корреляции (таблица 40). Масса корней растений салата не определялась, так как они не вынимались из почвоподобного субстрата и ими можно пренебречь.
Численность большинства изученных групп микроорганизмов не зависела или слабо зависела от несъедобных частей редиса (таблица 40).
Между отходами чуфы и числом микроорганизмов различных групп показана сильная (r 0,7) или средняя (0,5 r 0,7) зависимость (таблица 40).
Количество микроорганизмов зависело от массы соломы пшеницы в различной степени: от сильной (r 0,7), средней (0,5 r 0,7), слабой (0,3 r 0,5) связи и до ее отсутствия (r 0,3) (таблица 40).
Коэффициент корреляции (r*) между численностью микроорганизмов и количеством несъедобных растительных отходов
ГРУППЫ МИКРООРГАНИЗМОВ
Бактерии, усваивающие органический азот - 0,11 0,72 0, Примечание: * r – при r 0,3 – зависимость не учитывается; 0,3 r 0,5 – слабая зависимость; 0,5 r 0,7 – средняя зависимость; r 0,7 – сильная зависимость;«–» - обратная зависимость.
Следует учитывать не только количественные, но и биологические характеристики растений чуфы и пшеницы, поскольку:
1 - пшеница не выращивалась совместно с другими поликультурами (растениями чуфы, редиса, салата);
2 - в соломе пшеницы после суточной ферментации в термостате при 50оС жизнеспособными могли быть только споры бактерий и микромицетов;
3 - при внесении в почвоподобный субстрат ферментированной соломы пшеницы показана высокая численность споровых бактерий в стадии спор и микроскопических грибов по сравнению с фоном (Сысоева и др., 2013);
4 - при добавлении в ППС пшеничной соломы наблюдается обратная корреляция между ее массой и численностью споровых бактерий и микроскопических грибов в ирригационном растворе;
поликультуре);
6 - из прикорневой зоны чуфы, а также из ирригационного раствора для выращивания поликультуры высших растений выделен актиномицет, продуцирующий два новых антибиотика циперомицин 1, отрицательно влияющий на рост численности грамположительных бактерий, и циперомицин 2, оказывающий негативное действие на микроскопические грибы (Кузнецов и др., 1986);
7 - при внесении в ППС несъедобных частей чуфы наблюдается обратная корреляция между массой отходов чуфы и численностью споровых бактерий и микроскопических грибов в ирригационном растворе;
8 - редис и солома пшеницы на 96 сутки эксперимента оказали достоверное влияние только на бактерии группы кишечной палочки.
Несъедобными отходами салата (корнями салата) можно пренебречь, т.к. ввиду их малой массы корни салата из ППС никогда не собирали и не удаляли.
3. 3. 4 Видовой состав микроорганизмов, выделенных из раствора Проведена видовая идентификация 21 изолята микроорганизмов, преобладавших в микробиоте ирригационного раствора, из них 11 изолятов выделены из раствора на 66 сутки выращивания растений, в том числе изолятов бактерий и 1 изолят (№ 3), актиномицетаStreptomycessp., который выделялся на протяжении всего эксперимента, 10 изолятов бактерий – на сутки использования раствора.
микробиотаирригационного раствора представлена 6 родами: Pseudomonas, Bacillus, Commamonas, Sphingobacterium, Staphylococcus, Kytococcus(Таблица Б.1).
Определение рода с помощью секвенирования и анализа фрагмента гена 16S рРНК:
AGTCGAGCGGATGAGAAGAGCTTGCTCTTCGATTCAGCGGCGGACGGG
TGAGTAATGCCTAGGAATCTGCCTgGTAGTGGGGGACAACGTTTCGAAA
GGAACGCTAATACCGCATACGTCCTACGGGAGAAAGCAGGGGACCTTC
GGGCCTTGCGCTATCAGATGAGCCTAGGTCGGATTAGCTAGTTGGTGA
GGTAATGGCTCACCAAGGCGACGATCCGTAACTGGTCTGAGAGGATGA
TCAGTCACACTGGAACTGAGACACGGTCCAGACTCCTACGGGAGGCAG
CAGTGGGGAATATTGGACAATGGGCGAAAGCCTGATCCAGCCATGCCG
CGTGTGTGAAGAAGGTCTTCGGATTGTAAAGCACTTTAAGTTGGGAGG
AAGGGCAGTAAGTTAATACCTTGCTGTTTTGACGTTACCGACAGAATAA
GCACCGGCTAACTCTGTGCCAGCAGCC
Уровень сходства 99.1% с Pseudomonasjaponica IAM 15071(T) AB В конце эксперимента (на 306 сутки использования раствора), по данным секвенирования 16sРНК, встречались представители родов Pseudomonas, Bacillus, Exiguobacterium, Citrobacter и Arthrobacter(таблица Б.2).Определение рода с помощью секвенирования и анализа фрагмента гена 16S рРНК:
CGAATGGATTAAGAGCTTGCTCTTATGAAGTTAGCGGCGGACGGGTGA
GTAACACGTGGGTAAcCTGcCCATAAGACTGGGATAACTCCGGGAAACC
GGGGCTAATACCGGATAACATTTTGAACCGCATGGTTCGAAATTGAAA
GGCGGCTTCGGCTGTCACTTATGGATGGACCCGCGTCGCATTAGCTAGT
TGGTGAGGTAACGGCTCACCAAGGCAACGATGCGTAGCCGACCTGAGA
GGGTGATCGGCCACACTGGGACTGAGACACGGCCCAGACTCCTACGGG
AGGCAGCAGTAGGGAATCTTCCGCAATGGACGAAAGTCTGACGGAGCA
ACGCCGCGTGAGTGATGAAGGCTTTCGGGTCGTAAAACTCTGTTGTTAG
GGAAGAACAAGTGCTAGTTGAATAAGCTGGCACCTTGACGGTACCTAA
CCAGAAAGCCACGGcTAACTACGTGCCAGCAGCCGCGGTAaTACGTAgG
Уровень сходства 100.0% с BacilluscereusATCC 14579(T) AE В результате было выявлено, что в течение эксперимента среди доминирующих микроорганизмов в растворе наиболее часто встречались бактерии рода Pseudomonas.1. Исследуемые группы микроорганизмов – индикаторы состояния высших растений и санитарно-показательные для человека в растворе из реактора после окисления экзометаболитов человека перекисью водорода в электромагнитном поле (фактор № 1) не обнаружены. Полученные растворы не представляют потенциальной (микробиологической) опасности ни для растений, ни для человека и могут использоваться в качестве удобрения для выращивания растений в экологических системах жизнеобеспечения.
2. При добавлении в почвоподобный субстрат, используемый для выращивания монокультуры редиса, соломы пшеницы, обработанной любым из применявшихся способов (фактор № 2), численность бактерий, усваивающих органический азот, микроскопических грибов, анаэробных бактерий и целлюлозоразрушающих микроорганизмов достоверно выше, чем в фоне, а количество косвенных денитрификаторов – достоверно ниже по сравнению с фоном.
3. При использовании минерализованной соломы пшеницы достоверно ниже численность фитопатогенных бактерий, споровых бактерий в вегетативной стадии и стадии спор, микроскопических грибов в почвоподобном субстрате по сравнению с другими способами обработки соломы (фактор № 2).
4. Присутствие ферментированной соломы пшеницы и несъедобных частей редиса и салата (фактор № 3) в почвоподобном субстрате на 96 сутки использования ирригационного раствора для выращивания поликультуры высших растений достоверно влияет только на численность бактерий группы кишечной палочки.
5. Добавление в почвоподобный субстрат несъедобных отходов чуфы (фактор № 3) оказывает сильное (r 0,7) и среднее (0,5 r 0,7) действие на индикаторный группы микроорганизмов ирригационного раствора, использованного для выращивания поликультуры высших растений на почвоподобном субстрате.
«