Влияние селена на численность микроорганизмов и ферментативную активность лугово-черноземной почвы

процесс образования арглабина в растениях полыни гладкой, тем самым улучшая качество данной культуры.

Список литературы

1. Беленовская, Л.М. Сесквитерпеновые лактоны некоторых видов рода Artemisia L. / Л.М. Беленовская // Растит. ресурсы. - 2000. - № 1. - С. 43 - 45.

2. Адекенов, С.М. Комплексное химическое изучение растительного сырья - источника новых фитопрепаратов / С.М. Адекенов // Фитохимия для развития отечественной фармацевтической промышленности : тр. респ. науч.-практ. конф., посвящ. 60-летию изв. ученого М.Н. Мухаметжанова, Караганда, 28 - 29 авг. 2000 -Караганда, 2000. - С. 10-17.

3. Загуменников, В.Б. Опыт локального применения минеральных удобрений в малых и средних дозах под лекарственные культуры / В.Б. Загуменников // Агрохимия. - 1996. - № 11. - С. 95-107.

4. Ермохин, Ю.И. Анализ почвы, растений и проблема удобрения / Ю.И. Ермохин // Комплексная диагностика потребности с.-х. культур в удобрениях : сб. науч. Тр.

SAMMARY

M.N. Kozhevina

The content of sesquiterpene lactones Arglabin of Artemisia glabella against the background of mineral fertilizers

This paper is devoted to study the effect of fertilizers on the content of biologically active substances (Arglabin) in plants of Artemisia glabella, cultivated in the dark chestnut soil of Central Kazakhstan.

Key words: medicinal plant, Artemisia glabella, mineral fertilizers, sesquiterpene lactones, Arglabin.

УДК 631.41:549.232

А.В. Синдирева, О.Ф. Хамова

ВЛИЯНИЕ СЕЛЕНА НА ЧИСЛЕННОСТЬ МИКРООРГАНИЗМОВ И ФЕРМЕНТАТИВНУЮ АКТИВНОСТЬ ЛУГОВО-ЧЕРНОЗЕМНОЙ ПОЧВЫ

Впервые в условиях южной лесостепи Западной Сибири изучалось влияние селена на численность микроорганизмов и ферментативную активность лугово-черноземной почвы. Реакция микробного сообщества на повышенное содержание селена зависела от дозы микроэлемента, вида организма. Полученные результаты позволяют сделать вывод о возможности использования микроорганизмов в качестве тест-объектов при нормировании содержания селена в почве.

Ключевые слова: селен, лугово-черноземная почва, микроорганизмы, почвенные ферменты.

Введение

Роль микроорганизмов в геохимических циклах макроэлементов хорошо изучена. Биогеохимические циклы микроэлементов привлекали гораздо меньше внимания.

После того как стало ясно, что микробиологические трансформации соединений микроэлементов могут в ряде случаев приводить к повышению плодородия почв, а в других - к процессам загрязнения среды, участие микроорганизмов в циклах микроэлементов стало изучаться более интенсивно [1].

С другой стороны, как отмечал В.В. Ковальский (1974), микроэлементы, поглощенные микроорганизмами из естественной среды обитания, могут входить в состав ферментов, витаминов и других жизненно необходимых биологически активных соединений, участвовать

© Синдирева А.В., Хамова О.Ф., 2011

в их синтезе, влиять на скорость и характер различных биохимических процессов, определяющих функции организмов и всего живого вещества в биосфере [2].

В зависимости от содержания микроэлементы по-разному влияют на биологическую активность почв. Подавление и стимуляция биосинтеза у микроорганизмов микроэлементами зависит, прежде всего, от свойств организма, химических свойств и рН почвы [3]. Влияние отдельных микроэлементов, в частности, селена на микробиологическую активность почвы изучено недостаточно. В связи с этим целью нашего исследования было изучение влияния селена на численность микроорганизмов и ферментативную активность лугово-черноземной почвы южной лесостепи Омской области.

Объекты и методы

Лабораторный опыт с селеном (2009-2010 гг.) заложен в 4-х кратной повторности по следующей схеме: 0,25 ПДК Se (2,5 мг/кг); 0,5 ПдК Se (5,0 мг/кг); 1 ПДК Se (10 мг/кг); 2 ПДК Se (20 мг/кг); 4 ПДК Se (40 мг/кг); 6 ПДК Se (60 мг/кг); 8 ПДК Se (80 мг/кг); 10 ПДК Se (100 мг/кг). Селен вносили в виде селенита натрия. Биологическую активность лугово-черноземной почвы определяли после компостирования через 21 сутки, в том числе нитри-фикационную способность почвы по методике Кравкова [4].

Численность почвенных микроорганизмов определяли путем высева на селективные твердые питательные среды: мясо-пептонный агар (МПА) для бактерий, утилизирующих органические соединения азота; крахмало-аммиачный (КАА) для микроорганизмов, потребляющих минеральный азот; олигонитрофилы на среде Мишустиной; фосфатмобилизующие бактерии на среде Муромцева-Герретсена; целлюлозоразрушающие на среде Гетчинсона; водный выщелоченный агар с добавлением двойной соли фосфорной кислоты использовали для нитрификаторов, подкисленную среду Чапека - для грибов [5]. Посев осуществлялся методом последовательного разведения. Полученные данные обрабатывали статистически c использованием программы Microsoft Exel.

Результаты и их обсуждение

Исследования разных лет показали перспективность метода сравнительного изучения поведения отдельных видов микроорганизмов, изолированных от различных экологических условий. Многочисленными опытами было установлено, что микроорганизмы при их культивировании в экспериментальных условиях в течение длительного времени сохраняют биологические реакции на избыток или недостаток микроэлементов, существовавший в естественной среде обитания [2]. В таблице 1 показаны зависимости между дозой вносимого селена и содержанием агрономически важных микроорганизмов почвы.

Установлена прямая зависимость между дозой селена и общим количеством микроорганизмов (уравнение 8), что свидетельствует в целом о стимулирующем действии этого микроэлемента на биологическую активность почвы. В почве варианта без применения селена общее количество микроорганизмов составляло 86,6 млн КОЕ/г. При внесении дозы 100 мг/кг общее содержание микроорганизмов превышало уровень контрольного варианта в 2,84 раза и составляло 245,7 млн. КОЕ/г. Рассчитанный коэффициент интенсивности действия селена на общую численность микроорганизмов (b= 1,33 млн КОЕ/г) показывает, на сколько возрастает количество микроорганизмов при внесении в почву 1 мг/кг селена.

Количество бактерий в почве, утилизирующих органические соединения азота на МПА, возрастало с увеличением дозы селена, достигая максимума при 80 мг/кг и составляя 69,5 млн КОЕ/г, что выше уровня контроля на 319% (в 4,1 раз). С дальнейшим повышением дозы микроэлемента количество бактерий снижалось (уравнение 1).

Микроорганизмы, потребляющие минеральный азот на КАА, положительно реагировали на внесение селена, при этом их количество возрастало прямо пропорционально дозе применяемого элемента (уравнение 2). На варианте с дозой селена 100 мг/кг их количество превышало уровень контроля (15,2 млн. КОЕ /г) на 288,2 % (в 3,9 раз) и составляло 59,0 млн КОЕ /г.

Таблица 1

Уравнения зависимости численности микроорганизмов

_от доз селена (х) в лугово-черноземной почве__

Микроорганизмы Уравнение Зависимости ^ П

Микроорганизмы, растущие на МПА у = -0,006х2 + 0,99х + 20,01 П = 0,95

Микроорганизмы, растущие на КАА у = 0,32х + 26,48 г = 0,77

Олигонитрофилы у = -0,014х2 + 1,67х + 80,83 П = 0,65

Целлюло зоразлагающие у = -0,17х + 31,04 г= -0,79

Фосфатмобилизующие у = -0,047х2 + 0,69х + 68,51 П = 0,35

Нитрификаторы у = -0,0005х2 - 0,02х + 2,16 П =0,81

Грибы у = -0,19х + 18,07 г=- 0,71

Общее количество микроорганизмов

Для роста численности олигонитофилов на среде Мишустиной оптимальной является доза 5 мг/кг, где количество исследуемых микроорганизмов превышает контрольный уровень в 3,4 раза (на 237,5%) и составляет 181,6 млн. КОЕ/г. С дальнейшим увеличением дозы селена содержание данной группы микроорганизмов снижается (уравнение 3), однако и при самой высокой дозе 100 мг/кг микроэлемента количество олигонитрофилов выше уровня контроля на 143,9% .

Аналогично реагируют на повышенные дозы селена фосфатмобилизующие бактерии: их количество максимально при дозе 5 мг/кг (0,5 ПДК) селена и превышает уровень контроля на 581,7%. Отмечена отрицательная зависимость между содержанием селена и количеством целлюлозоразлагающих микроорганизмов в условиях эксперимента. Наибольшее их количество отмечено на контрольном варианте и составляет 34,5 тыс. КОЕ/г. Целлюлозоразла-гающие микроорганизмы считаются одними из наиболее чувствительных к избытку микроэлементов [1].

Интерес представляет то, что за период исследований при воздействии селена значительно снижалось количество почвенных грибов. При наивысшей дозе 10 ПДК количество почвенных грибов уменьшилось в среднем на 96% и составляло 1-2 тыс. КОЕ/г при содержании на контроле 27,4 тыс КОЕ/г. Установлена обратная зависимость между дозой применяемого элемента и содержанием грибов в лугово-черноземной почве (уравнение 7).

Рост численности бактерий нитрификаторов отмечался с повышением дозы селена до 1 ПДК. При дальнейшем увеличении дозировок селена численность нитрификаторов снижалась (уравнение 6). Следовательно, для данного вида микроорганизмов критической была дозировка микроэлемента, равная 10 мг/кг.

Таким образом, селен оказывает значимое влияние на микробиологическую активность почвы. По мнению Ковальского В.В., важным является вопрос, каким образом микроорганизмы адаптируются к повышенному содержанию микроэлемента, и при какой его концентрации в почве адаптационные механизмы уже не работают [2]. Одним из адаптационных механизмов при воздействии селена является выработка ферментов класса редуктаз микроорганизмами почвы и восстановление селена до аморфного, неактивного состояния. Наши исследования показали, что реакция микробного сообщества на дополнительное применение селена была неоднозначна и значительно зависела от дозы применяемого селена и вида микроорганизма.

Помимо реакции микробного сообщества на воздействие микроэлемента, выражающегося в трансформации его численности, важным диагностическим критерием являются физиолого-биохимические признаки, в частности, изменение ферментативной активности почвы. Известно, что биохимические превращения в почве, обусловливающие ее плодородие, в значительной мере определяются интенсивностью и направленностью ферментативных процессов. Показатели ферментативной активности почвы широко используются при решении диагностико-индикационных вопросов. В свою очередь, минеральные удобрения

как химически активные агенты оказывают значительное влияние на ферментативные процессы в почве. Их действие на ферментативный потенциал почвы может быть прямым за счет изменения состояния имеющихся в почве ферментов (ингибирование, активация, деструкция) и косвенным - путем изменения содержания ферментов за счет стимуляции жизнедеятельности почвенных микроорганизмов и растений, вырабатывающих ферменты. Состав вносимых удобрений или длительное применение повышенных доз могут стать причиной снижения активности отдельных ферментов [1,3].

Проведенными исследованиями установлено, что в присутствии повышенных количеств селена изменялась активность ферментов каталазы, уреазы и инвертазы (таблица 2).

Таблица 2

Ферментативная активность лугово-черноземной почвы после компостирования __с различными дозами селена_

Доза селена, мг/кг Активность ферментов, на 1 г воздушно-сухой почвы

Каталаза, О2 см3 /мин Уреаза, мгЫН3 /г Инвертаза, мг инвертн. сах./г

Контроль 0,88 0,36 3,8

2,5 0,70 0,19 3,3

05 0,73 0,14 2,9

10 0,67 0,10 2,8

20 0,63 0,11 2,3

40 0,57 0,16 1,8

60 0,50 0,23 2,5

80 0,50 0,34 2,7

100 0,60 0,38 3,8

На сегодняшний день рядом исследований установлена роль гетеротрофных микроорганизмов в перекисном окислении переменновалентных микроэлементов [1]. Эти процессы имеют определенное значение при метаболизме селена под влиянием почвенных бактерий. При окислении в аэробных условиях органического вещества микроорганизмами у них эво-люционно выработалась система защиты, поскольку образующиеся кислородные соединения (О-2 , ОН- , Н2 О2 ) токсичны. В частности, перекись водорода разрушается под действием каталазы. Воздействие на бактериальную клетку избыточного количества микроэлемента способствует усилению свободнорадикальных процессов, что сопровождается образованием перекиси водорода, в свою очередь окисляющей Бе +4 . Поэтому каталазная активность является диагностическим критерием, свидетельствующим о наличии избытка микроэлемента и о процессах перекисного окисления его.

Согласно представленным на рисунке 1 данным, содержание каталазы снижается с повышением концентрации селена в почве.

Доза селена, мг/кг

Рис. 1 - Зависимость активности почвенной каталазы от дозы вносимого селена

В отличие от каталазы, активность уреазы и инвертазы в опыте неоднозначна: в присутствии селена в диапазоне невысоких концентраций соответственно до 10 и 40 мг/кг активность ферментов убывала. С дальнейшим повышением дозы активность энзимов увеличивалась. Неоднозначное изменение активности инвертазы и уреазы свидетельствует, очевидно, о наличии приспособительных реакций почвенной биоты на присутствие селена.

Заключение

В результате реакции микробного сообщества на дополнительное внесение селена изменялась биохимическая активность почвы. Полученные зависимости влияния возрастающих доз изучаемого микроэлемента на наиболее важные с агрономической точки зрения микроорганизмы позволяют сделать вывод о возможности использования данных видов в качестве тест-объектов при селенизации почв.

Список литературы

1. Илялетдинов А.Н. Микробиологические превращения металлов. Алма-Ата: Наука, 1984. 268 с.

2. Ковальский В.В. Геохимическая экология. М.: Наука, 1974. 298 с.

3. Каббата-Пендиас А., Пендиас Х. Микроэлементы в почвах и растениях. М.: Мир, 1989. 439 с.

4. Петербургский А.В. Практикум по агрономической химии. М.: Колос, 1968. 496 с.

5. Аристовская Т.Е., Владимирская М.Е., Голлербах М.М. и др. Большой практикум по микробиологии. М.: Высшая школа, 1962. 490 с.

SAMMARY

A.V. Sindireva, O.F. Khamova

Influence of the selenium on total quantity of the microorganism and ferments activity

of meadow-chernosem soil

For the first time in south forest steppe condition of West Siberia is studied influence of the selenium on the total quantity microorganism and ferments activity of meadow-chernosem soil. Reaction microbial community on selenium depends on dose microelements, type of the organism. The results allow to draw a conclusion about possibility of the use microorganism as test-object at standertization of the selenium contents in ground.

Key words: selenium, meadow-chernosem soil, microorganisms, soil ferments.

УДК 631.5:633.1:631.8

О.Ф. Хамова, Л.В. Юшкевич, Е.В. Падерина

ВЛИЯНИЕ РЕСУРСОСБЕРЕГАЮЩИХ ТЕХНОЛОГИЙ ОБРАБОТКИ ПОЧВЫ И ПРИМЕНЕНИЯ СРЕДСТВ ИНТЕНСИФИКАЦИИ НА МИКРОФЛОРУ ЛУГОВО-ЧЕРНОЗЕМНОЙ ПОЧВЫ

Многолетняя минимизация обработки лугово-черноземной почвы способствовала увеличению определяемых групп микроорганизмов в ряду: отвальная > плоскорезная > минимально-нулевая. При длительном систематическом применении гербицидов наблюдалась тенденция снижения численности микроорганизмов в почве, в наибольшей степени грибов, фосфатмобилизующих и нитрифицирующих бактерий, которая устранялась на фоне применения минеральных удобрений в комплексе с другими средствами химизации.

Ключевые слова: численность микроорганизмов, обработка почвы, гербициды, минеральные удобрения, комплексная химизация, пшеница по пару, ячмень.

© Хамова О.Ф., Юшкевич Л.В., Падерина Е.В., 2011