ИММОБИЛИЗАЦИЯ ФОСФАТСОЛЮБИЛИЗИРУЮЩИХ МИКРООРГАНИЗМОВ В ГРАНУЛЫ ФОСФОРНЫХ МИНЕРАЛЬНЫХ УДОБРЕНИЙ

АННОТАЦИЯ

Исследованы адсорбирующие способности минеральных удобрений. Установлено: «Аммофос» – 94,6%, «Супрефос-NS» – 88,5%, PS-Agro – 87,5% и фосфогипса – 60,0%. Жизнеспособность титра клеток фосфатсолюбилизирущего штамма Bacillus subtilis BS-26 на минеральных удобрениях в течение 3 месяцев хранения: «Аммофос» – 8,60±0,32 lg КОЕ/г; PS-Agro и «Супрефос-NS» – 5,20±0,15–5,40±0,17 lg КОЕ/г соответственно и фосфогипс – 2,20±0,12 lg КОЕ/г при исходном титре 11,4±0,46 lg КОЕ/мл.

ABSTRACT

The adsorbing capacity of mineral fertilizers has been studied. Ammophos – 94.6%, Suprefos-NS – 88.5%, PS-Agro – 87.5%, and phosphogypsum – 60.0% were established. Viability – cell titer of the phosphate-solubilizing strain Bacillus subtilis BS-26 on mineral fertilizers during 3 months of storage: Ammophos - 8.60±0.32 lg CFU/g; PS-Agro and Suprefos-NS – 5.20±0.15–5.40±0.17 lg CFU/g, respectively, and phosphogypsum – 2.20±0.12 lg CFU/g, with an initial titer of 11.4 ±0.46 lg CFU/ml.

Ключевые слова: адсорбция, иммобилизация, фосфатсолюбилизирующие микроорганизмы, Bacillus subtilis BS-26, жизнеспособность, титр клеток.

Keywords: adsorption, immobilization, phosphate-solubilizing microorganisms, Bacillus subtilis BS-26, viability, cell titer.

Введение

Фосфор, являясь основным облигатным биофильным элементом, входит в состав протоплазмы и клеточных ядер, является неотъемлемой частью нуклеиновых кислот и многих ферментов, регулирующих биохимические процессы растительных и животных организмов [5; 6]. В земной коре фосфора больше, чем хлора и серы (P – 0,093%; Cl – 0,017%; S – 0,047%), и его водная и воздушная миграция ничтожна по сравнению с хлоридами и сульфатами. Дефицит фосфора, т.е. усвояемость, для растений обуславливается низкой физиологической доступностью его нерастворимых соединений, которая достигает иногда громадных величин – 500 мг, иногда 1800 мг Р₂О₅ на 1 кг почвы [4; 6].

В щелочных карбонатных почвах фосфор переходит в нерастворимый трехкальциевый фосфат, а затем – апатит. Источниками кальция для образования Са₃(РО₄)₂ и карбонат-апатита в почвах, кроме осадков кальцита, арагонита, люблинита, являются обменный кальций, растворы бикарбоната кальция, всегда представленные в почвенных водах, гипс, доломит [4; 8].

Однако многие микроорганизмы могут переводить нерастворимые соединения фосфорной кислоты в растворимое состояние. К ним относятся представители бактерий, актиномицетов, грибов и других групп микроорганизмов (роды Pseudomonas. Bacillus, Micrococcus, Mycobacterium, Penicillium, Aspergillus и т.д.). Растворение фосфатов в почве происходит в результате образования различных кислот, ферментов и углекислого газа [7].

Цель работы: изучение возможности иммобилизации фосфатмобилизующей бактерии штамма Bacillus subtilis BS-26 в гранулы минеральных фосфорных удобрений с целью повышения их усвояемости.

Объекты исследования

Объектами исследований являлись: культура фосфатсолюбилизирущего штамма бактерии Bacillus subtilis BS-26, выращенная до стационарной фазы, и фосфорные минеральные удобрения «Аммофос», PS-Agro, «Супрефос-NS» и фосфогипс в качестве носителя.

Методы исследования

Адсорбирующую способность минеральных удобрений изучали по методу Диановой и Ворошиловой [1]. В агрономическую пробирку вносили 5 г наполнителя и 1 мл культуры исследуемого штамма. Такое же количество клеток вносили в другую пробирку, не содержащую наполнитель. Затем в обе пробирки вносили по 9 мл стерильной водопроводной воды. После минутного встряхивания и 10-минутного отстаивания из верхнего слоя жидкости обеих пробирок производили посев на питательную среду РПА для учета адсорбированных клеток и вычисляли процент адсорбции.

Иммобилизацию клеток фосфатсолюбилизирующего штамма Bacillus subtilis BS-26 осуществляли методом адсорбционной иммобилизации. Выращенную до стационарной фазы бактериальную суспензию бактерий (в количестве 3 мл) опрыскивали минеральными удобрениями «Аммофос», PS-Agro, «Супрефос-NS» и фосфогипсом (30 г) в соотношении 1:10, предварительно определив титр внесенных клеток. Высушивали при комнатной температуре в течение 2 дней. После высушивания готовый сухой препарат в закрытом виде хранили при комнатной температуре [2]. Определение жизнеспособности клеток (КОЕ) фосфатсолюбилизирущего штамма Bacillus subtilis BS-26 на БМФУ-«Аммофос», БМФУ-PS-Agro, БМФУ-«Супрефос-NS» и фосфогипсе провели по методу Коха [3].

Результаты исследований и обсуждение

При исследовании численности различных физиологических групп микроорганизмов на минеральных удобрениях «Аммофос», PS-Agro, «Супрефос-NS» и фосфогипсе до и после стерилизации нами были рассмотрены следующие показатели: общее количество аммонификаторов, растущих на среде МПА, количество микромицетов и актиномицетов на среде Чапека, количество олигонитрофилов на среде Эшби, фосфатсолюбилизирующих на среде Пиковской с трикальцийфосфатом. Результаты опыта показали, что во всех изученных видах минеральных удобрений и фосфогипсе не было обнаружено посторонней микрофлоры.

Изучение адсорбирующей способности минеральных удобрений «Аммофос», PS-Agro, «Супрефос-NS» и фосфогипса показали, что клетки фосфатсолюбилизирующей бактерии адсорбируются на различных носителях в различной степени. Процент адсорбции неодинаков и колеблется от 60 до 94,6%. Самой высокой адсорбирующей способностью среди изученных носителей обладали минеральные удобрения «Аммофос»: процент адсорбции составлял 94,6%, минеральное удобрение «Супрефос-NS» – 88,5%, минеральное удобрение PS-Agro – 87,5%, самую меньшую адсорбирующую способность показал фосфогипс – 60,0% (рис. 1).

Рисунок 1. Адсорбирующая способность минеральных удобрений и фосфогипса

На основании проведенных предварительных экспериментов для иммобилизации клеток фосфатсолюбилизирущего штамма можно использовать минеральные удобрения в качестве носителей.

Иммобилизованные клетки характеризуются большей операционной гибкостью по сравнению со свободными формами. В следующей серии опытов нами изучена иммобилизация клеток фосфатсолюбилизирующей бактерии на минеральных удобрениях «Аммофос», PS-Agro, «Супрефос-NS» и фосфогипсе. Для иммобилизации клеток бактерий использовали физический метод адсорбционной иммобилизации. Способ дешев, прост, универсален и не оказывает стрессовых воздействий на клетки. После иммобилизации клеток бактерий вид минеральных удобрений и фосфогипса не меняется, рассыпчатость не изменяется, гранулы минеральных удобрений не прилипают друг к другу.

Одной из важных задач при исследовании иммобилизованных клеток является их жизнеспособность и сохранность на носителях. Результаты опытов исследования жизнеспособности клеток фосфатсолюбилизирущего штамма на минеральных удобрениях «Аммофос», PS-Agro, «Супрефос-NS» и фосфогипсе в течение 3 месяцев хранения показали, что клетки фосфатсолюбилизирующего штамма хорошо иммобилизовались и сохранялись на минеральном удобрении «Аммофос», титр клеток сразу после высушивания составлял 8,85±0,38 lg КОЕ/г, и на протяжении 3 месяцев хранения не наблюдалось снижений титра клеток, который составлял 8,60±0,32 lg КОЕ/г. На минеральных удобрениях PS-Agro и «Супрефос-NS» титр клеток был на 3 порядка меньше и составлял 5,20±0,15–5,40±0,17 lg КОЕ/г по сравнению с минеральным удобрением «Аммофос», на протяжении 3 месяцев хранения на этих минеральных удобрениях также не наблюдалось снижение титра клеток (5,2–5,1±0,15 lg КОЕ/г). Видимо, это связано с тем, что минеральное удобрение «Аммофос» содержит в большом количестве фосфор (45,3%) по сравнению с другими минеральными удобрениями PS-Agro (38,4%) и «Супрефос-NS» (25,2%), для сохранности фосфатсолюбилизирущего штамма.

Рисунок 2. Жизнеспособность и сохранность фосфатсолюбилизирующих бактерий на минеральных удобрениях и фосфогипсе

Самый меньший титр клеток был на фосфогипсе – 2,20±0,12 lg КОЕ/г при исходном титре 11,4±0,46 lg КОЕ/мл. Клетки штамма хорошо сохранялись на минеральных удобрениях на протяжении 3 месяцев хранения, снижение титра клеток не наблюдалось, титр клеток составлял от 8,6 до 5,1 lg КОЕ/г (рис. 2).

Полученные нами данные выявили, что изученные минеральные удобрения, кроме фосфогипса, способны предохранять фосфатсолюбилизирующие бактерии от гибели и могут быть положены в основу последующих разработок эффективных новых форм биоминеральных удобрений.

Выводы

Проведенные исследования показали, что в гранулы фосфорных удобрений можно иммобилизовать живые клетки фосфатсолюбилизирующего штамма Bacillus subtilis BS-26. Клетки фосфатсолюбилизирущего штамма хорошо иммобилизовались и сохраняли жизнеспособность на минеральных удобрениях, при этом наилучшие результаты получены при иммобилизации штамма на гранулы «Аммофоса».

Список литературы:

1. Дианова Е.В., Ворошилова А.А. Поглощение бактерий почвой и влияние его на микробиологическую деятельность // Научно-агрономический журнал. – 1925. – № 9. – С. 520–542.
2. Курдиш И.К. Гранулированные микробные препараты для растениеводства. Наука и практика. – Киев, 2001. – 142 с.
3. Методы микроэкологического исследования наземных, водных и воздушных экосистем : учебн. пособие для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению «Биология» / С.В. Прудникова [и др.]. – Красноярск : СФУ, 2007. – 152 с.
4. Сайдяшева Г.В. Эффективность последействия органических и нетрадиционных удобрений при возделывании яровой пшеницы в Среднем Поволжье: Автореф. дис. … канд. с.-х. наук. – Ульяновск, 2011. – 19 с.
5. Чеботарь В.К., Завалин А.А., Ариткин А.Г. Применение биомодифицированных минеральных удобрений : монография. – М. : ВНИИА; Ульяновск : УлГУ, 2014. – 142 с.
6. Alori E.T., Glick B.R., Babalola O.O. Microbial phosphorus solubilization and its potential for use in sustainable agriculture // Front. Microbiol. – 2017. – № 8. – P. 971.
7. Effect of organic acids production and bacterial community on the possible mechanism of phosphorus solubilization during composting with enriched phosphate solubilizing bacteria inoculation / Y. Wei, Y. Zhao, M. Shi, Z. Cao [et al.] // Biores. Technol. – 2018. – № 247. – P. 190–199.
8. Soil Microbial Resources for Improving Fertilizers Efficiency in an Integrated Plant Nutrient Management System / Bargaz Adnane, Lyamlouli Karim, Chtouki Mohamed, Zeroual Youssef [et al.] // J. Frontiers in Microbiology. – 2018. – Vol. 9. – P. 1606.