Влияние разных способов стерилизации на биологическую активность почв

 

 

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное  автономное образовательное

учреждение высшего  профессионального образования

«Южный федеральный  университет»

 

 

Факультет биологических  наук

Кафедра экологии и природопользования

 

 

Одабашьян Мэри Юрьевна

Влияние разных способов стерилизации на биологическую активность почв

 

ДИПЛОМНАЯ РАБОТА

по специальности 020803 – Биоэкология

 

Научный руководитель – 

д.г.н., профессор  Казеев Камиль Шагидуллович

 

Рецензент –

к.б.н., старший преподаватель кафедры безопасности жизнедеятельности и защиты окружающей среды ДГТУ Жаркова Мария Геннадьевна

 

 

 

 

 

Ростов-на-Дону - 2013

Реферат

Дипломная работа выполнена  на 60 с., содержит 9 рисунков, 4 таблицы. В ней использовано 80 источников литературы.

Ключевые слова: черноземные почвы, каштановые почвы, почвенные микроорганизмы, антибиотики, термическая стерилизация, химическая стерилизация, биологическая активность почв, ферментативная активность почв.

Целью настоящего исследования являлось изучение влияния разных способов стерилизации на численность почвенных микроорганизмов, ферментативную активность, рост и развитие растений разных типов почв.В качестве объектов исследования были выбраны - чернозем обыкновенный южно-европейской фации (Ботанический сад Южного федерального университета) и каштановая почва (г. Элиста).В качестве диагностических показателей были выбраны, ферментативная и микробиологическая активность почв.

В результате проведенных  исследований было установлено, что действие температурных факторов оказывает более существенное ингибирование биологической активности, чем действие химических факторов (фумигация хлороформом и антибиотиками). Выращивание в стерилизованных образцах почвы пшеницы, полностью восстанавливает численность отдельных групп микроорганизмов, но изменяется их качественный состав. Общая численность микроорганизмов не восстанавливается до контрольных значений только в вариантах стерилизованных температурой. Ферменты оказались более устойчивы к действию всех используемых способов стерилизации, нежели почвенные микроорганизмы. Из ферментов класса гидролаз наиболее устойчивой оказалась каталаза, чем дегидрогеназа. Восстановление ферментативной активности, при участии растений, носит неоднозначный характер, что обусловлено свойствами самих ферментов и свойствами исследуемых почв. На рост и развитие растений стерилизация практически не оказывает влияния. Основные параметры растений на стерилизованных почвах и контрольных образцах существенно не различаются.

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 4

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 6

1.1. Микроорганизмы  почв. Особенности качественного  состава микроорганизмов разных  типов почв 6

1.2. Ферментативная  активность почв и ее взаимосвязь  с другими почвенными показателями 15

2. ОБЪЕКТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 22

2.1.Черноземные  почвы 22

2.2.Каштановые  почвы 28

3. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ 38

4. РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 40

4.1.Влияние  физических и химических факторов  стерилизации на численность  почвенных микроорганизмов 40

4.2.Влияние  физических и химических факторов  стерилизации на ферментативную  активность почв 45

4.3.Влияние  стерилизации на рост и развитие  растений 47

ВЫВОДЫ 51

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 53

ЛИТЕРАТУРА 54

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

В настоящее время одной  из наиболее острых проблем является снижение плодородия почв агроценозов. Среди комплекса причин этого  явления одно из первых мест принадлежит  изменению качественного и количественного  состава почвенной микробиоты и  периоду восстановления почвы, после  действия различных факторов.

Возрастающее антропогенное  воздействие требует новых эффективных  методов диагностики. Биологическая  диагностика почв позволяет определить характер и степень антропогенного воздействия на почвенный покров на ранних стадиях развития процессов. Это позволяет оценить возможные  негативные процессы при антропогенном  воздействии почв и предотвратить  снижение их плодородия.

Биологическая активность почв – одна из самых главных характеристик  при проведении биомониторинга и  биодиагностики. Биологическая активность почв обусловлена интенсивностью протекающих  в ней биологических процессов  и состоит из ферментативного  пула почвы и продуктов жизнедеятельности  микроорганизмов и растений (Козлов, 1996; Орлов, 1991).

На изменение биологической активности оказывают действие различные факторы. Одни из самых важных – это высокие температуры, токсические химические вещества и радиация, которые ингибируют активность ферментов и почвенных микроорганизмов.

В настоящее время во многих исследованиях (Денисова,2005; Колесников и др., 2011; Колесников, Казеев, 1999) показан  ингибирующий эффект стрессовых факторов на численность почвенных микроорганизмов  и ферментативную активность почв. Однако полностью подавить биологическую  активность почв не удается.

Актуальность  исследования заключается в анализе действия физических и химических факторов, воздействующих на почву, чувствительности отдельных микроорганизмов и роли растений при восстановлении биологической активности почв, возможности использования стерилизации почв.

Представленная работа является частью цикла научных исследований по изучению влияния различных факторов на эколого-биологические показатели почв юга России.

Целью настоящего исследования являлось изучение влияния разных способов стерилизации на численность почвенных микроорганизмов и ферментативную активность разных типов почв.

В качестве диагностических  показателей были выбраны ферментативная и микробиологическая активность почв.

 

В связи с этим в задачи исследования входило:

1. исследовать влияние разных способов стерилизации на численность и разнообразие почвенных микроорганизмов;
2. изучить влияние разных способов стерилизации на ферментативную активность разных типов почв;
3. проанализировать влияние разных способов стерилизации на рост и развитие растений.

 

Для выполнения поставленных задач проведен анализ полученных на кафедре экологии и природопользования Южного федерального университета результатов исследований Акименко Ю.В и Салмановой К.А. Личный вклад автора состоял в интерпретации полученных данных и выявления закономерностей влияния разных способов стерилизации на биологические свойства почв.

 

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Микроорганизмы  почв. Особенности качественного состава микроорганизмов разных типов почв

 

Микроорганизмы  обнаруживаются в окружающей природной  среде практически повсеместно. Даже в экстремальных условиях высотных слоев тропосферы, на многокилометровых  глубинах океанов, в ледниках земных полюсов и высокогорий, песках пустынь  и кипящих термальных источниках микроорганизмы насчитываются в  значительных количествах. Однако больше всего их обитает в верхнем  слое почвы, в одном грамме которой  может находиться до нескольких миллиардов микробов (Бабьева, Зенова, 1989; Умаров, 1998).

Микроорганизмы  являются неотъемлемой частью почвы. Если бы почва лишилась этих существ, она  утратила бы основное свое свойство - плодородие, превратилось бы в мертвое, неплодородное  геологическое тело.

Почвы населены многочисленными представителями  микрофлоры -бактериями, актиномицетами, дрожжами, грибами, водорослями, простейшими (протозоа), насекомыми, червями и  пр. Кроме них в почве обитают  различные ультрамикроскопические существа — фаги, бактериофаги и  актинофаги (Казеев, Колесников, 1998).

Наиболее  многочисленны бактерии. Большинство  видов бактерий — космополиты, их распространение не определяется географическим фактором и зависит от экологических  условий мест обитания. Например, сходные  виды бактерий обитают на различных  континентах и широтах. Поэтому  не принято говорить о географических закономерностях распространения  тех или иных микроорганизмов, правильнее сказать, что ареалы обитания одинаковых видов микробов определяются сходностью сочетаний абиотических и биотических  факторов природной среды. Несмотря на то, что почвенные микроорганизмы имеют колоссальные ареалы распространения, в определенных почвах создаются  наиболее благоприятные условия  для их развития и жизнедеятельности. Поэтому состав и содержание микроорганизмов  в различных типах почв существенно  отличается. Имеется немало примеров, свидетельствующих о приуроченности определенных видов микроорганизмов  к зональным типам почв. В каждой конкретной почве складываются своеобразные микробные ценозы, имеющие определенную структуру. В отечественной литературе приводятся данные по географическому  расселению микроорганизмов разных групп в основных почвах СНГ (Мишустин, 1956; Звягинцев с соавт., 1996). Показано, что в почвах разных природно-климатических  зон содержатся разные типы сообществ  микроорганизмов. Каждой природной  зоне свойственны не только определенные группировки высших растений, но и  столь же определенные сочетания  микробной деятельности и деятельности высших растений. Е.Н. Мишустин (1956) установил, что содержание бактерий, особенно спороносных форм, с севера на юг бывшего СССР увеличивается. Содержание грибов возрастает в зональных типах  почв с юга на север, а содержание актиномицетов меняется в противоположном  направлении.

В современной  экологической терминологии принято  подразделять микроорганизмы на r-стратегов, быстро развивающихся за счет легко доступных соединений, содержащихся в высоких концентрациях в среде, и k-стратегов, способных к медленному росту за счет питательных субстратов, имеющихся в незначительных концентрациях, уже неспособных обеспечить рост г-стратегов.

Точных  сведений о численности микроорганизмов  в почве нет. Микробиология не располагает такими методами, при  помощи которых можно было бы выявить  все население почвы. Существующие методы дают только относительные представления  о плотности микробного населения (Казеев и др., 2003).

В лабораторной практике применяются два принципиально  различных способа количественного  подсчета микробов в почве: а) учет при  помощи посева почвы на искусственные  питательные среды - плотные и  жидкие и б) прямой подсчет клеток (Казеев и др., 2003).

Приводимые  в литературе сведения о численности  бактерий, актиномицетов и грибов в почвах в большинстве случаев  получены при посевах на агаризованные  среды. Согласно этим данным число бактерий в одном грамме колеблется в пределах от нескольких десятков и сотен тысяч  до многих миллионов, в зависимости  от состава почвы и питательности  среды (Starkey, 1929, 1931, 1955; Graya.Thornton, 1928; Clark, 1940; Timonin, 1940-1941; Waksman, 1952; Jensen, 1934-1936; Мишустин, 1956 и др.).

Диаметр бактериальной клетки в среднем  составляет 1 мкм, варьируя в пределах от 0,1 до 10 мкм. Обнаруживаются во всех средах обитания вплоть до самых экстремальных (соленные и термальные источники  и т.д.) (Бабьева, Зенова, 1983).

Большинство бактерий относится к классу истинных бактерий (Eubacteriaea). Это, как правило, безъядерные одноклеточные организмы. Размножаются простым делением. Некоторые обладают подвижностью. Клетка истинных бактерий имеет неэластичную оболочку и имеют различную форму - круглую (кокки), палочковидную, изогнутую. К палочковидным бактериям относятся бактерии рода Bacillus- подвижные и неподвижные бактерии, обладающие способностью образовывать споры внутри клеток при неблагоприятных условиях среды. Из неспороносных палочковидных бактерий в почве чаще всего встречаются представители родов Pseudomonasи Bacterium. К изогнутым палочковидным бактериям относятся вибрионы (p.Vibrio), (p.Spirillum), (p. Spirochaetta) (Аристовская, 1980).

Второй  класс - миксобактерии(Myxobacteriae). Здесь обнаруживаются представители как с кокковидными, так и палочковидными клетками. Однако оболочка у них эластична, поэтому клетки при движении изгибаются и форма их меняется.

Рассматривая, некоторые общие свойства бактерий, прежде всего отмечают их способность  довольно быстро размножаться. Это  свойство особенно четко выражено у  представителей класса истинных бактерий. Указанное свойство приводит к преобладанию бактериального населения в составе  микрофлоры почвы.

В большом  количестве в почвах обнаруживаются особая собирательная группа бактерий - актиномицеты (Звягенцев, Бабьева, Зенова, Полянская, 1996). Актиномицеты имеют  нитевидные разветвленные клетки (мицелий), размножаются делением клеток, почкованием, а также спорами. Актиномицеты устойчивы  к высушиванию, дефициту источников питания в среде обитания и  обладают высокой эффективностью расселения спор (Звягинцев и др., 1996; Звягинцев  и др., 1999).

На  питательных средах актиномицеты образуют два типа мицелия -субстратный и  воздушный. Первый образуется на среде. Воздушный появляется позднее и  придает колонии пушистый или  бархатистый вид. Колонии актиномицетов  плотные, врастают в среду и снимаются  с нее целой колонией. Характерным  признаком является яркая окраска  многих актиномицетов. В почве встречаются  представители родов Micromonospora, Mycobacterium, Actinomyces, Mycoccocus(Вальков и др., 2002).