Микробиологическое исследование вермикомпоста («Биогумуса EBG»), произведённого ООО «Флора-Л».

А. В. Якушев Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова.

Актуальность.

Помимо набора, макро- (азот, фосфор, калий и т.д.) и микроэлементов (железо, медь и т.д.), важных для питания растений, и специфического органического вещества почв (гумуса) вермикомпост содержит большое число различных микроорганизмов. Эти микроорганизмы очень важны. Именно микроорганизмы проводят трансформацию субстрата для вермикомпостирования в готовый вермикомпост и снабжают растение доступными формами минеральных элементов питания. Попадая вмести с вермикомпостом в почву, они могут прижиться и повлиять на развитие растений. Среди них встречаются полезные для роста растений. Недаром для подобных микробов в почвенной микробиологии существует термин ассоциативные микроорганизмы или plant growth-promoting bacteria, сокращённо PGPB. PGPB (ассоциированные с растением бактерии, стимулирующие рост и развитие растений) встречаются во многих семействах - Azotobacteriaceae, Bacillaceae, Pseudomonadaceae, Rhodospirillaceae и других. В качестве примера ассоциативных бактерий можно привести Acetobacter nitrocaptans, Azotobacter chroococcum, Bacillus subtilis, Burkholderia phytofirmans, Pseudomonas fluorescens. Поэтому надо представлять, каких микроорганизмов мы вносим в почву вместе с вермикомпостом.

Новизна.

Если осуществление контроля в вермикомпостах патогенных для животных, человека, микробов и опасных для сельскохозяйственных растений принципиальных проблем не возникает, то в отношение полезных микробов остаётся много неясного и неизвестного. Именно изучению этой большой группы микроорганизмов посвящено данное исследование. Проблема кроется в огромном разнообразии микроорганизмов и отсутствие чётко и постоянно выделяющихся доминантов (лидеров).

Цель исследования - изучение физиологического состояния основных групп микроорганизмов в вермикомпосте, функционального разнообразия бактериального сообщества.

Задачи.

1. Исследовать физиологическое состояние (активность) мицелиальных (нитчатых) микроорганизмов - плесневых грибов и актиномицетов.

2. Исследовать функционально разнообразие бактериального сообщества вермикомпостов (разнообразие потребляемых бактериями биологически важных веществ) и их активность.

3. Оценить качество вермикомпоста «Биогумус EBG»

Наверное, здесь перечислены далеко не все функции, которые выполняют гуминовые вещества в природных средах, но приведенных примеров достаточно, чтобы подчеркнуть не только исключительно важную, но и поистине незаменимую роль гуминовых веществ в биосфере.

Объект исследования.

В качестве объекта исследования выступал готовый, влажный, упакованный в пакет вермикомпост на основе коровьего навоза. В работе исследовались следующие группы микроорганизмов:

1) Микроскопические (плесневые) грибы важная для почвенного плодородия (так как среди них много разлагателей растительных остатков) и очень многочисленная группа, но среди грибов много возбудителей болезней растений

2) Актиномицеты - по внешнему виду похожи на грибы но тоньше и являются по сути обособленной по происхождение и свойствам группой бактерий.

3) Бактерии - очень широкая группа, играющие ведущую роль в питании растений, в частности именно они снабжают растения азотом, фосфором, калием и другими важными элементами. Именно поэтому до половины продуктов фотосинтеза, растения через корневые выделения отдают микроорганизмам.

Биогумус

Рис. 1. (а) Грибная гифа, (б) актиномицеты и грибы.

Методы исследования.

Физиологическое состояние грибов и актиномицетов в вермикомпосте исследовали методом стекол обрастания Росси-Холодного. Метод заключается в помещение в вермикомпост чистого предметного стекла, (небольшая стеклянная пластинка для микроскопии). В течение 1 недели стёкла выдерживали в почве, за это время они обрастают физиологически активными в вермикомпосте микроорганизмами. Затем обрастания исследуются под микроскопом.

Исследование бактериального сообщества проводилось кинетическим методом определения физиологического состояния бактерий in situ (в природе). Данный метод позволяет по времени начала роста бактерий на различных жидких питательных средах определить активность микроорганизмов. Чем короче период подготовки к росту у бактерий (лаг-фаза) на искусственно созданной для роста питательной среде, тем в более активном состояние находятся бактерии в вермикомпосте или почве.

В качестве субстратов для культивирования бактерий были выбраны наиболее важные соединения входящие в состав клеток растений, позволяющие учесть физиологическое состояние тех групп бактерий, которые могут разрушать эти соединения в растительных остатках. Это биополимеры растительного происхождения (большие сложные по составу и микробному разложению органические соединения): крахмал, ксилан, целлюлоза (клетчатка) и входящие в их состав мономеры глюкоза и ксилоза; а так же белок (казеин), пектин. Был взят хитин, входящий в состав клеточных стенок грибов и покровов членистоногих животных. Была предусмотрена среда без азота на активность азотфиксации. Для оценки способности расти на сложных ароматических соединениях были выбраны коричная кислота и аминокислота фенилаланин. В качестве распространённого продукта брожения была взята среда с уксусной кислотой. Всего было использовано 12 сред.

Для того, чтобы выяснить, что за микроорганизмы растут на том или ином органическом соединении, был проведён высев бактерий из жидких питательных сред на агаризованные (с твёрдой поверхностью в виде желе) в чашки Петри.

Исследования были повторены 8 раз, чтобы исключить возможность случайной ошибки в эксперименте.

Результаты

Микроскопическое исследование стекол обрастания, позволило установить отсутствие развития грибного мицелия, и обильное разрастание актиномицетов рода Стрептомицес (Streptomices), широко распространённого в почвах и компостах (вермикомпостах) (рис.2). Бактерии также активно разрастаются на поверхности стекла в виде различных по морфологии микроколоний (рис.3).

Биогумус

Рис. 2. Разрастание актиномицетного мицелия на стекле обрастания при большем увеличении (левый рисунок) и меньшем (правый рисунок).

Биогумус

Рис. 3. Бактериальные разрастания вокруг почвенных частиц при большем увеличении (левый рисунок) и меньшем (правый рисунок).

Бактериальный рост наблюдался на всём наборе исследуемых соединений (12 питательных сред). Физиологическое состояние бактериального сообщества характеризуется относительно повышенной активностью. Как видно из рисунка 4, активный рост на глюкозе наблюдается уже через 20 часов, после внесения вермикомпостной суспензии в питательную среду. По окончанию роста бактерий, производился высев на агаризованные питательные среды (рис. 5). При этом отношения между компонентами бактериального сообщества, развивающемся на той или иной среде могут быть антагонистическими.

Биогумус

Рис. 4. Пример получаемых кривых роста, при росте бактериального сообщества вермикомпоста на различных органических субстратах (на примере глюкозы). Хорошо видна сходимость, 8 повторностей эксперимента, сделанных на протяжение месяца хранения готового вермикомпоста, чтобы повысить достоверность исследования.

Высев бактерий из жидких на агаризованные (содержащие желирующий агар-агар) питательные среды, показал, что в вермикомпосте содержится большой набор активных бактерий (см. таблицу).

Биогумус

Рис. 5. Фотографии колоний бактерий, высеянных из жидких питательных сред на агаризованные в чашки Петри.

(а) Пример антагонизма (подавление роста) одних бактерий (разлапистые прозрачные колонии) другими (круглые, компактные, белые) на среде Эшби. Бактерии из группы коринеподобных.

(б) Амилолитетические бактерии (род. Promicromonospora) на среде с крахмалом. Хорошо видны тёмные зоны разрушения белого крахмала вокруг колоний бактерий.

Таблица. Список выделенных на чашках Петри бактерий.

Источник питания в среде

Название

Карбоксиметилцеллюлоза

Артробактер

Цитофага

Флавобактерия

Псевдомонада

Хитин

Группа накардиоподобных

Миксобактерии

Спирилла

Хитинофага

Лактобацилла

Пектин

Миксококкус

Флавобактерия

Коринеформная бактерия

Фенилаланин

Родококк

Нокардии

Ацетат

Миксобактерии

Коринеформные

Среда без азота

Метилобактерии

Миксобактерии

Коринеформная бактерия

Глюкоза

Лизобактер

Азотобактер

Бейеринкия

Коричная кислота

Ксилоза

Артробактер

Миксобактерии

Крахмал

Промикромоноспора

Ксилан

Микрококкус

Обсуждение результатов

Среди грибов много фитопатогенных микроорганизмов. Столь мощное подавление вегетативного мицелия (грибницы) не характерно для традиционных компостов. Возможно, в подавлении роста грибов кроется особая эффективность вермикомпост при профилактике и лечение грибных болезней растений, таких, например, как «мучнистая роса». Высокая активность актиномицетов тоже положительное свойство микробного сообщества вермикомпостов, так как среди актиномицетов много антагонистов (противников) грибов, в том числе и вредных для растений и человека. Не даром, 70% антибиотиков был получено в медицине из актиномицетов.

То, что рост полезных бактерий наблюдался на всём наборе исследуемых субстратов, свидетельствует о большом функциональном (трофическом) многообразии бактерий вермикомпоста, способных проводить весь спектр биохимических процессов, поддерживающих и защищающих жизнь растений в почве. Среди таких процессов, проводимых бактериями следует указать: превращение атмосферного азота в доступную растениям нитратную и аммонийную формы; перевод нерастворимых форм фосфатов в почве, в доступные для питания растений; разложение растительных остатков, что позволяет возвратить элементы питания обратно в доступную для усвоения растениями форму. Бактерии так же высвобождают калий из калий-содержащих минералов почвы. Среди бактерий встречаются антогонисты к фитопатогенным микроорганизмам, эти полезные бактерии занимают место в почве вокруг корня, вытесняя фитопатогенов. Бактерии синтезируют гормоны, ответственные за стимуляцию роста и плодоношения, такие как ауксины, гиббереллины. Это заключение подтверждает большой список бактерий, выделенных на чашках Петри. Таким образом на основании полученных результатов можно сделать следующие выводы.

Выводы:

1. Вермикомпост Биогумус EBG характеризуется разнообразным, активным бактериальным сообществом и является источники полезных микроорганизмов для удобряемой почвы.

2. Грибы в вермикомпосте EBG находятся в неактивном физиологическом состояние (споры), что хорошо, так как при применение вермикомпоста могут подавляться фитопатогенные грибы.

3. В вермикомпосте EBG активны актиномицеты (есть актиномицетный мицелий), что тоже хорошо, так как среди актиномицетов много подавляющих развитие разных патогенных микроорганизмов.

Якушев Андрей Владимирович, Научная группа по изучению взаимодействия почвенных животных и микроорганизмов. Младший научный сотрудник, кафедры биологии почв факультета почвоведения МГУ им. М.В. Ломоносова кандидат биологических наук.

Следующая статья.