Скачать презентацию ЛЕКЦИЯ 3 Микробные почвоудобрительные препараты и их роль Скачать презентацию ЛЕКЦИЯ 3 Микробные почвоудобрительные препараты и их роль

лекция 3 Алещенкова.pptx

  • Количество слайдов: 17

ЛЕКЦИЯ 3 Микробные почвоудобрительные препараты и их роль в питании растений и повышении плодородия ЛЕКЦИЯ 3 Микробные почвоудобрительные препараты и их роль в питании растений и повышении плодородия почвы Трофические симбиозы, основанные на мутуализме: бобово-ризобиальный и арбускулярная микориза Микробные удобрения на основе симбиотических микроорганизмов, их роль в обеспечении растений азотом и фосфором История создания микробных препаратов на основе клубеньковых бактерий и арбускулярных микоризных грибов Мировой рынок микробных удобрений и эффективность их применения в различных агро-экологических условиях для повышения плодородия почвы и урожайности растений.

Существуют сообщества разноименных микроорганизмов или микро- и макроорганизмов в условиях тесного и длительного пространственного Существуют сообщества разноименных микроорганизмов или микро- и макроорганизмов в условиях тесного и длительного пространственного контакта, когда партнеры взаимно приспосабливаются к совместному существованию. Такие взаимоотношения между организмами называют симбиозом (от греч. symbiosis — совместная жизнь). По характеру взаимоотношений между партнерами различают несколько типов симбиоза: комменсализм, мутуализм и паразитизм. Комменсализм (от лат. сот — вместе и mensa — стол, трапеза) — тип симбиоза, когда один из партнеров симбиотической системы (комменсал) возлагает на другого партнера (хозяина) регуляцию своих взаимоотношений с окружающей средой. Например, эпифиты, колонизующие надземные части растений (листья, стебли), живут как комменсалы. Отдельные типы симбиоза существенно различаются и относительной выгодой, которую получает каждый из партнеров сообщества. При мутуалистическом (от лат. mutuus — взаимный) симбиозе оба партнера извлекают пользу от взаимосуществования, при этом ни один из них не может существовать без другого. Паразитический (от греч. parasites — нахлебник) симбиоз полезен только одному из партнеров (паразиту), в то время как второй (хозяин) не получает ничего, а часто даже приобретает различной степени повреждения. Тип симбиоза может изменяться при смене условий окружающей среды, и взаимоотношения, бывшие ранее взаимовыгодными, могут стать паразитическими, и наоборот. Широко известны и такие взаимоотношения, как симбиоз гриба с растением при образовании микориз, симбиоз клубеньковых бактерий с бобовыми растениями, симбиоз целлюлозоразлагающих бактерий, обитающих в рубце крупного рогатого скота, с животным и др.

Наибольшее экологическое значение для растений имеют ЭНДОСИМБИОНТЫ – азотфиксаторы и микоризные грибы Клубеньковые бактерии Наибольшее экологическое значение для растений имеют ЭНДОСИМБИОНТЫ – азотфиксаторы и микоризные грибы Клубеньковые бактерии – Арбускулярные микоризные грибы – факультативные симбионты легко культивируются ex planta для них симбиоз является облигатным, вне растения они существуют лишь в виде покоящихся спор Бобово-ризобиальный симбиоз образуется только с некоторыми двудольными растениями Бобово-ризобиальный симбиоз возник 60 -70 млн. лет назад в эпоху дивергенции основных семейств цветковых Арбускулярная микориза - универсальный растительномикробный симбиоз, его формирует 75 -90% видов наземных растений. Арбускулярная микориза возникла 400 -500 млн. лет назад, обеспечила выход растений на сушу Для обоих симбиозов характерны колонизация микробами кортекса и образование в его клетках специализированных компартментов. На ультраструктурном уровне существует аналогия между: развитием инфекционных нитей и межклеточных гиф; формированием инфекционных капель и арбускул; эндоцитозом ризобий и деградацией арбускул.

Каждое бобовое растение обладает определенным химическим Каждое бобовое растение обладает определенным химическим "портретом", который определяется спектром флавоноидных соединений, специфичных для каждого бобового растения. Сигнальные молекулы флавонов и флавоноидов способны регулировать экспрессию бактериальных генов так, что одни соединения вызывают экспрессию Sym генов бактерий при специфичном взаимодействии (нарингенин - у клубеньковых бактерий гороха, лютеолин - у клубеньковых бактерий люпина, дайдзеин у клубеньковых бактерий сои и т. д. ), а при неспецифичном взаимодействии те же соединения могут играть роль ингибиторов клубенькообразования.

Развитие клубеньков начинается с сигнального взаимодействия: флавоноиды, выделяемые семенами и корнями, активизируют гены вирулентности Развитие клубеньков начинается с сигнального взаимодействия: флавоноиды, выделяемые семенами и корнями, активизируют гены вирулентности ризобий. Под контролем этих генов синтезируются липо-хито-олигосахаридные Nod-факторы, которые индуцируют начальные этапы развития клубеньков. Их эффект проявляется при концентрации 10 -8 – 10 -12. Развитие симбиоза подразделяют на 3 этапа: • преинфекция • инфицирование корней и образование клубеньков • функционирование клубеньков как органов азотфиксации. Инфицирование происходит через корневые волоски, которые при этом скручиваются, принимая форму «ручки зонта» . В месте наиболее резкого сгиба волоска клеточная стенка деградирует, и с участием мембранных структур растительной клетки формируется пальцеобразное впячивание плазмалеммы, содержащее бактерии. Наблюдается не активное внедрение бактерий в корневые волоски, а захват волосками бактерий, которые оказываются заключенными внутри особого туннеля – инфекционной нити (ИН). Ее стенки являются продолжением стенок растительных клеток, а внутреннее пространство заполнено матриксом, в образовании которого участвовали оба партнера.

6 к I 5 к 4 к 3 к 2 к 1 к II 6 к I 5 к 4 к 3 к 2 к 1 к II IV 4 м ИН КВ КП

Параллельно с развитием ИН происходит закладка клубенькового примордия, связанная с изменением клеток кортекса, индуцируемого Параллельно с развитием ИН происходит закладка клубенькового примордия, связанная с изменением клеток кортекса, индуцируемого Nod-факторами. В растущей примордии начинается гистогенез в результате которого формируются периферические и центральные ткани клубенька, а также апикальная меристема. ИН через 2 -3 суток достигает основания корневого волоска, проникает в кортекс, а затем и в растущий клубенек. Ключевая стадия развития клубенька – переход бактерий в состояние внутриклеточных симбионтов, происходящий путем эндоцитоза. Дистальные участки ИН преобразуются в особые структуры – инфекционные капли, освобождающие в растительную цитоплазму мембранные везикулы, содержащие бактерии. Бактериальные клетки, окруженные перебактероидной мембраной, являются основной внутриклеточной единицей симбиоза – симбиосомой. В течение некоторого времени после выхода из ИН ризобии сохраняют свои размеры и палочковидную форму, а затем превращаются в особые формы – бактероиды. В бактероидах активируется синтез нитрогеназы, катализирующей восстановление азота в аммиак. В инфицированных растительных клетках осуществляется синтез ряда белков, в первую очередь леггемоглобина и др. Он связывает кислород, обеспечивая его транспорт к симбиосомам, а также микроаэрофильные условия, необходимые для работы нитрогеназы. Это позволяет растениям разрешить «кислородный парадокс» . Деградация клубенька начинается с преобразования симбиосом в литические компартменты , что позволяет растению полностью утилизировать продукты азотфиксации, накопленные в бактероидах.

Процесс развития арбускулярной микоризы можно условно разделить на три этапа: • преинфекционные взаимодействия, • Процесс развития арбускулярной микоризы можно условно разделить на три этапа: • преинфекционные взаимодействия, • формирование межклеточного мицелия, • развитие внутриклеточных симбиотических структур. На первом этапе споры гриба прорастают в почве и образуют специальные структуры прикрепления – апрессории. На втором этапе из апрессорий внутрь корня начинают расти инфицирующие гифы, проникая через ризодермис в кортекс, где образуют разветвленный мицелий, колонизирующий межклеточные пространства. На третьем этапе в местах тесного контакта мицелия с клетками гифы проникают в клетки кортекса, где образуются арбускулы – разветвленные структуры, глубоко вросшие в растительную клетку и окруженные растительной (периарбускулярной) мембраной и редуцированной клеточной стенкой. Арбускулы являются местами наиболее интенсивного обмена метаболитами у партнеров, в частности, передачи в растение фосфатов, поглощаемых грибом из почвы. При образовании арбускул между стенками растительных клеток и гифами образуется матрикс (апопласт), который содержит полисахариды и ферменты, синтезируемые обоими партнерами. Арбускулы существуют в течение нескольких дней, затем лизируются хозяином, а взамен гифы в кортексе корня образуют новые арбускулы.

При формировании арбускул в растительных клетках наблюдают ряд ультраструктурных изменений: уменьшается или полностью исчезает При формировании арбускул в растительных клетках наблюдают ряд ультраструктурных изменений: уменьшается или полностью исчезает вакуоль; пластиды деградируют до состояния пропластид; резко возрастает количество тубулина. Ядро растительной клетки, содержащей арбускулу, увеличивается в размере и деформируется, а хроматин переходит в диффузное состояние, что говорит о высокой транскрипционной активности. Значительно возрастает количество телец Гольджи и эндоплазматического ретикулюма, которые участвуют в формировании периарбускулярной мембраны. Везикулы, характерные для АМ, – сферические или овальные пузырчатые вздутия в середине или на концах гиф. Формы и размеры везикул сильно варьируют в пределах 25 -60 до 120 -150 мкм. Они обычно многоядерны, имеют связь с несущими их гифами. Вокруг корня формируется редкая сеть наружного мицелия с гифами диаметром 20 -30 мкм, на концах которых образуются крупные покоящиеся споры. Именно за счет этих внешних гиф, выступающих за пределы корня на несколько сантиметров, резко увеличивается площадь поглощения корневой системы, что особенно важно в случае отсутствия корневых волосков у растений.

Микробные удобрения азотфиксирующие Ассоциативные ризобактерии Симбиотические бактерии Цианобактерии фосфатсолюбилизирующие Фосфатсолюбилизирующие бактерии Арбускулярные микоризные грибы Микробные удобрения азотфиксирующие Ассоциативные ризобактерии Симбиотические бактерии Цианобактерии фосфатсолюбилизирующие Фосфатсолюбилизирующие бактерии Арбускулярные микоризные грибы Свободноживущие диазотрофы Азотфиксирующие 78, 7% 2014 – 1, 4204 млрд. $ 2019 – 1, 6497 млрд. $ Фосфатсолюбилизирующие 14, 6% и другие 6, 7% Мировой рынок биоудобрений, 2012 г.

Производство микробного удобрения НИТРАГИН для бобовых культур 20 млн. га/порций (2008 г. ) 11 Производство микробного удобрения НИТРАГИН для бобовых культур 20 млн. га/порций (2008 г. ) 11 млн. га/порций (1959 г. ) 10 тыс. га/порций (Ежегодно) 20 тыс. га/порций (1949 г. ) 60 тыс. га/порций (1955 г. ) 200 тыс. га/порций (1961 г. ) 200 тыс. га/порций (1929 г. ) 300 тыс. га/порций (1956 -1957 гг. ) 110 тыс. га/порций (1961 г. ) 2, 5 -3 млн. га/порций (1960 -1970 гг. ) 40 тыс. га/порций (1960 -1970 гг. ) 300 тыс. га/порций (1965 г. ) 238 тыс. га/порций (1962 г. )

Биотехнологическим центром Института микробиологии Ризобактерин Сапронит Ризофос «Клевер» Ма. Кло. Р Вогал Агро. Микробные Биотехнологическим центром Института микробиологии Ризобактерин Сапронит Ризофос «Клевер» Ма. Кло. Р Вогал Агро. Микробные удобрения, га/норма 36751 Биолинум Гордебак Ризофос «Люцерна» Ризофос «Галега» Фитостимофос 30136 26845 24081 Соя. Риз 19897 Поли. Фун. Кур 14926 МИКРОБНЫЕ УДОБРЕНИЯ ПОЗВОЛЯЮТ: -уменьшить дозы вносимых минеральных азотных и фосфорных удобрений на 20 -30%; 2009 2010 2011 2012 2013 2014 -повысить урожайность сельскохозяйственных культур на 15 -25% -повысить качество и безопасность выращиваемой продукции; -обеспечить устойчивость растений к неблагоприятным условиям окружающей среды

Микробный препарат Ризофос ИНОКУЛЯЦИЯ СЕМЯН БОБОВЫХ ТРАВ Марка «Клевер» Марка «Люцерна» Марка «Галега» КОЕ/мл, Микробный препарат Ризофос ИНОКУЛЯЦИЯ СЕМЯН БОБОВЫХ ТРАВ Марка «Клевер» Марка «Люцерна» Марка «Галега» КОЕ/мл, не менее: Rhizobium trifolii № 9 -1, 7· 1010 Васillus subtilis 7 - 1, 3· 1010 КОЕ/мл, не менее: Sinorhizobium meliloti S 3 - 9, 2· 108 Васillus subtilis 7 - 3, 3· 108 КОЕ/мл, не менее: Rhizobium galegae№ 1 - 3, 5· 109 Васillus subtilis 7 - 3, 2· 109 Энергосберегающая технология совместного культивирования азотфиксирующих и фосфатмобилизирующих бактерий Нодулирующая способность ризобий в условиях светокультуры Влияние инокуляции ризобиями галеги на содержание легкорастворимого белка в листьях Углеводный состав экзополисахаридов (%)

Эффективность применения микробного препарата Ризофос Норма внесения: 200 мл на 1 гектарную норму семян Эффективность применения микробного препарата Ризофос Норма внесения: 200 мл на 1 гектарную норму семян Марка «Люцерна» Марка «Галега» Культура клевер луговой люцерна галега восточная Прибавка, ц/га к. ед. Чистый доход тыс. руб. /га 15, 5 194 14, 3 177 люцерна 36, 9 482 галега восточная Экономическая эффективность применения микробного препарата Ризофос под многолетние бобовые травы Культура клевер луговой Контроль Ризофос 125 151 92 119 227 294 Урожайность состав семян, кг/га Марка «Клевер»

ТУ BY 100289066. 065 -2010 Содержание жизнеспособных клеток B. japonicum - 1, 44∙ 1010 ТУ BY 100289066. 065 -2010 Содержание жизнеспособных клеток B. japonicum - 1, 44∙ 1010 КОЕ/мл. Контроль 45. 4 42. 3 52 28. 8 22. 7 0 Высота растений Вес фитомассы Нодулирующая (сырой) способность Влияние Соя. Риз на биометрические показатели Динамика роста Br. japonicum 84 KL на маннитно - люпиновой среде при разном объеме вносимого посевного материала растений сои Преимущества применения биоудобрения Соя. Риз : Сыпучую препаративную форму биоудобрения получают путем иммобилизации на торфяном субстрате–носителе клеток эффективного штамма клубеньковых бактерий Bradyrhizobium japonicum • Гарантированный рост урожайности семян сои от 5 до 35%, зеленой массы – до 30% • увеличение урожайности семян сои на фоне Р 50 К 120 на 7, 8 ц/га • Срок хранения 6 месяцев

Благодарю за внимание Благодарю за внимание