doi: 10.15389/agrobiology.2015.3.305rus

УДК 631.872:631.427.22:574.472

Работа поддержана грантом Российского научного фонда № 14-26-00094. Исследования выполнены с использованием оборудования ЦКП «Геномные технологии, протеомика и клеточная биология» Всероссийского НИИ сельскохозяйственной микробиологии.

СОСТАВ И ФУНКЦИОНИРОВАНИЕ МИКРОБНОГО СООБЩЕСТВА
ПРИ РАЗЛОЖЕНИИ СОЛОМЫ ЗЛАКОВЫХ КУЛЬТУР В ДЕРНОВО-
ПОДЗОЛИСТОЙ ПОЧВЕ

О.В. ОРЛОВА1, Е.Е. АНДРОНОВ1, Н.И. ВОРОБЬЕВ1,
А.Ю., КОЛОДЯЖНЫЙ2, Ю.П. МОСКАЛЕВСКАЯ2, Н.В. ПАТЫКА2,
О.В. СВИРИДОВА1

Трансформация микроорганизмами свежего органического вещества в пахотных почвах определяет такие процессы, как глобальный круговорот углерода, производство продовольствия и парниковый эффект. Один из доступных способов повышения содержания органического вещества в почвах — рациональное использование пожнивных остатков, в частности соломы. Причиной слабого использования соломы называют то, что она долго разлагается, при этом создается дефицит минерального азота в почве, выделяются фитотоксичные соединения, накапливаются фитопатогены. Поэтому возрастает значение использования препаратов для ускорения трансформации соломы зерновых культур. В модельном лабораторном опыте мы изучали влияние обработки ржаной соломы биопрепаратами БАГС (на основе Bacillus), баркон (целлюлозоллитическая ассоциация сложного состава) и омуг (биоудобрение из подстилочного помета) (Всероссийский НИИ сельскохозяйственной микробиологии) в зависимости от глубины заделки (поверхностно, в слой 0-3 см, в слой 9-12 см) соломы на состав и функционирование микробного сообщества почв. Известно, что наиболее легкодоступные органические соединения соломы разлагаются в первые 2 нед после внесения соломы, поэтому мы через 2 мес оценивали влияние препаратов и глубины заделки соломы на состав бактериального сообщества на поздних стадиях разложения, когда идет деструкция более труднодоступных соединений. В этот период разложение соломы ведут в основном k-стратеги. Существует мнение, что их сообщество более устойчиво к внешним воздействиям и будет не так сильно меняться, как у r-стратегов, ответственных за первый этап. Через 60 сут компостирования определяли численность физиологических групп микроорганизмов, размеры микробной биомассы, содержание подвижных соединений азота и углерода, дыхание. Подтвердилась слабая применимость традиционного микробиологического анализа физиологических групп микроорганизмов для целей сравнения структуры микробных сообществ. Четко прослеживалось только положительное влияние внесения соломы на численность амилолитических, олиготрофных и педотрофных микроорганизмов. В этой связи структуру микробного сообщества оценивали методом высокопроизводительного секвенирования библиотек гена 16S-рРНК. Солома положительно влияла на численность и активность микроорганизмов, микробную биомассу, подвижный органический углерод. Препараты усиливали разложение соломы, наибольшая деградация за исключением варианта с обработкой омугом, была в слое 0-3 см. Более 80 % бактериального сообщества почв составляли Proteobacteria и Actinobacteria, слабее были представлены (благодаря высокому плодородию почвы) Acidobacteria. Внесение соломы увеличило долю актинобактерий и бетапротеобактерий по сравнению с контролем. Актинобактерии принимают большее участие в разложении соломы заделанной на глубину 9-12 см, исключением стала обработка барконом. Показано, что варианты с обработкой соломы барконом и омугом характеризовались большим разнообразием: индекс Шеннона 1,29-1,27 против 1,0-1,16 для контроля и необработанной соломы.

Ключевые слова: солома,  микробное сообщество почв, гумус, микроорганизмы.

 

Полный текст

 

COMPOSITION AND FUNCTIONING OF MICROBIAL COMMUNITIES
IN THE DECOMPOSITION OF STRAW CEREALS IN SOD PODZOLIC
SOIL

O.V. Orlova1, E.E. Andronov1, N.I. Vorobyov1, A.Yu. Kolodyazhnii2,
Yu.P. Moskalevskaya2, N.V. Patyka2, O.V. Sviridova1

The process of symbiotic nodule formation resulting from interaction between legume plants and rhizobia is controlled by both partners. From the plant side the important role belongs to a system of hormonal regulation, involving all classes of phytohormones identified in plants. Negative regulation of nodulation is very important for the plant since the symbiotic nodule formation is highly energy-consuming process. Moreover, nodules lacking nitrogen fixation might be formed during interaction with ineffective strain of rhizobia, and it is disadvantageous for the plant. Up to now, there are data about involving of four phytohormones into negative regulation of nodule formation: ethylene, abscisic, jasmonic and salicylic acids. In this review, the role of ethylene in negative regulation of nodulation is discussed. Ethylene negatively regulates the number of developing symbiotic nodules at different stages of their formation. The first negative effect of ethylene appears at the level of calcium spiking, triggered by Nod-factors produced by rhizobia. Further, ethylene negatively influences deformations of roots hairs, stimulated by Nod-factors, infection thread growth, as well as nodule primordium development. In tropical legume Sesbania rostrata Bremek. & Oberm. ethylene represses the activity of nodule meristem, leading to formation of determinate type of nodule (with temporal meristem activity), while at the absence of ethylene indeterminate nodules (with prolonged meristem activity) are formed. At the same time, it was found that in soybean Glycine max (L.) Merr., ethylene is not involved in regulation of nodulation. It seems that ethylene involvement into regulation of nodule formation is not strictly dependent on the type of nodules, since in the other legume plants, forming determinate nodules, number of nodules is negatively affected by ethylene. It is suggested that ethylene synthesis in inoculated roots is triggered by Nod-factors, which activate plant defense responses, leading to restriction of number of forming nodules. Hypernodulating mutant of Medicago truncatula Gaertn. sickle, carrying a mutation in the gene MtEIN2, which is the key component in ethylene signal transduction pathway, is characterized by decreased level of defense response activation, as it was shown by proteomic analysis. It is interesting that not only the plants, but rhizobia as well can control ethylene level in rhizosphere and therefore influence nodule number. One of such mechanisms is the synthesis of rhizobitoxin by some rhizobial strains, which has structural similarity with inhibitor of ethylene synthesis aminoethoxyvinilglycine (AVG). The other mechanism is more widespread among rhizobia and it deals with synthesis of ACC deaminase, an enzyme, which cleaves the precursor of ethylene synthesis 1-aminocyclopropane-1-carboxylic acid (ACC). Thus, regulation of ethylene level may be important for practical application, potentially allowing to increase plant’s ability to nodulation. However, it should be taken into account that nodule number is precisely regulated by the plant because nodule formation is very energy-consuming process. Even more, it is necessary to remember that ethylene stimulates development of root hairs and decrease of their level may influence an intake ability of root and lead to deficiency of nutrient elements.

Keywords: plant-microbe interactions, legume-rhizobial symbiosis, symbiotic nodule, phytohormones, ethylene, rhizobia, plant defense, ACC deaminase, rhizobitoxin.

 

1ФГБНУ Всероссийский НИИ сельскохозяйственной микробиологии,
196608 Россия, г. Санкт-Петербург—Пушкин, ш. Подбельского, 3,
e-mail: falenki@hotmail.com, eeandr@gmail.com, vorobyov@arriam.spb.ru, osviridova@newmail.ru;

2Национальный научный центр Институт земледелия
Национальной академии аграрных наук Украины,

08162 Украина, Киевская обл., пгт. Чабаны,
ул. Машиностроителей, 2-Б,
e-mail:yulia_moskalevska@mail.ru, o.kolodjazhny@i.ua, n_patyka@mail.ru

Поступила в редакцию
30 марта 2015 года

 

Оформление электронного оттиска

назад в начало