Виновен ли азотобактер?

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение

Лицей № 113 города Новосибирска

Секция: экология

Тема: «Виновен ли азотобактер?»

Авторы:

Джафарова Эльмина,

Елизарова Дарья,

Петрищева Валерия,

Полухина Валерия

обучающиеся 10 класса «А»

МБОУ Лицей № 113

Руководитель:

Вышинская Нина Ивановна

учитель биологии

высшей квалификационной категории

г. Новосибирск 2021

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность

Богатство почвы зависит от её состава и многие ошибочно считают, что исключительно гумусом можно её обогатить. Различные микроорганизмы играют не малую роль в насыщении почвы, а также в выработке иммунитета против ряда заболеваний и вредителей. Благодаря ряду бактерий, улучшающих свойства почвы, растения развиваются в более комфортных условиях.

Растениям для жизни необходим азот. Этого вещества в природе достаточно большое количество. Например, содержание азота в воздухе составляет 78 %. Однако в таком состоянии растения не способны поглощать это вещество. Азотфиксирующие бактерии усваивают атмосферный азот и переводят его в форму, удобную для растений. (1)

На территории нашего Лицея на протяжении долго времени каждое лето на двух больших клумбах высаживаются растения, которые радуют всех проходящих своей красотой с весны до осени. На одной из них однолетние, на другой- многолетние. Со временем на клумбе с однолетними растениями стало явно видно ухудшения развития растений, таких как петунии, бархатцы, сальвии. На клумбе же с многолетними растениями этого не наблюдается. Растения развиваются нормально. Нужно заметить, что почва на обоих участках не обновлялась долгое время (примерно 6 лет). Так как оба участка находились в одинаковых условиях: регулярно пропалывались, поливались и рыхлились, было выдвинуто предположение, что дело не в природных условиях и не в уходе за почвой, а в том, что однолетние растения забирая из неё питательные вещества, более интенсивнее обедняют почвы, чем многолетние, следствием чего стало обеднение почв бактериями рода азотобактер, что в свою очередь, негативно отражается на вегетации растений.

Цель работы: Выяснить, является ли наличие и количество бактерий рода азтобактер в почве причиной плохого развития однолетних растений.

Задачи:

1. Познакомиться с научной литературой по данной проблеме.

2. Провести исследование по изучению физико- химических свойств почв данных участков.

3. Исследовать наличие и количество бактерий азотобактер на данных участках.

Объект исследования: почвы.

Предмет исследования: бактерии рода азотобактер в почвах.

Гипотеза: однолетние растения более интенсивнее обедняют почвы, чем многолетние.

Методы исследования:

1. Изучение научной литературы.

2. Изучение проб почвы

3. Эксперимент (определение наличия бактерий рода азотобактер в почвах).

4. Анализ полученных результатов.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1. Анализ понятия бактерий азотобактер

Азотобактер — это род бактерий, живущих в почве и умеющих переводить газообразный азот в растворимую форму, которую уже потом могут усваивать растения. Азотобактеры — это свободноживущие азотфиксаторы, и это означает, что они фиксируют молекулярный азот из атмосферы и без того, чтобы вступать в симбиотические отношения с растениями или с кем-то еще — у них хватает собственных возможностей для фиксации атмосферного азота, то есть для разрывания двухатомной молекулы азота и для последующего включения его отдельных атомов в состав других органических веществ (1).

1.2. Место обитания бактерий рода азотобактер.

Эти бактерии приспособились жить в самых разных условиях. Они живут и в нейтральных, и в щелочных почвах. Их находят и в экстремальных условиях почв полярных регионов, и в арктическом, и в антарктическом регионах. Они спокойно живут и в пресноводных водоёмах, и в солоновато- водных болотах. И конечно, несмотря на свою независимость в азотфиксации, они все равно нередко образуют симбиотическую связь с растениями и живут в ризосфере (2).

Клетки рода Azotobacter относительно крупные для бактерий (2–4 мкм в диаметре). Обычно они имеют овальную форму, но могут иметь различную форму от стержней до сфер. В микроскопических препаратах клетки могут быть рассредоточены или образовывать нерегулярные кластеры или иногда цепочки различной длины. В свежих культурах клетки подвижны благодаря многочисленным жгутикам. Позже клетки теряют подвижность, становятся почти сферическими и выделяют толстый слой слизи, формируя клеточную капсулу. На форму клетки влияет аминокислота глицин, которая присутствует в пептоне питательной среды.

1.3. Морфологическая характеристика

Азотобактер - аэробный почвенный микроорганизм, сочетающий в себе морфологию палочек и кокков. Клетки молодых культур (вплоть до 2х суток культивирования) имеет форму палочек с закругленными концами, чаще расположены попарно. Молодые клетки подвижны, вследствие наличия на ее поверхности жгутиков. Размеры клеток варьируют - 2,0-7,0х1,0-2,5 мкм. В отдельных случаях длина клеток достигает 10-12 мкм.

1.4. Основные физиологические свойства азотобактера

К основным физиологическим свойствам бактерий рода Azotobacter относится его резко выраженная способность усваивать азот атмосферы. Большинство штаммов усваивают не более 10 мг азота на 1 г. Потребляемого источника углерода, некоторые штаммы азотобактера способны фиксировать до 15 мг азота на 1 г глюкозы (5).

2. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ. методика исследования

Для достижения поставленных задач были проведены исследования и эксперименты. Были взяты пробы почв с трёх участков на территории лицея (Приложение 1):

1. С клумбы, где растут однолетние декоративные растения

2. С клумбы, где растут многолетние декоративные растения

3. С территории газона, где растут в основном злаковые многолетние растения.

4. Также был куплен готовый почвенный грунт как контрольный вариант.

2.1. Определение карбонатов в почвах

Для этого эксперимента были сделаны в почве разрезы 10, 15 ,20 сантиметров соответственно, на каждом участке. Далее взяв кусок почвы 10 сантиметров, капнули на него небольшое количество соляной кислоты. Реакции вспенивания не было, отсюда вывод, что почва не содержит карбонатов или же их незначительное количество (Приложение 2).

2.2. Определение механического состава почв

Для определения механического состава почвы насыпали в ладонь порцию почвы. С помощью пипетки Пастера к почве по каплям приливали воду и тщательно перемешивали воду с почвой до получения как можно более вязкого «теста». Из полученного «теста» скатали шарик диаметром 1,5— 2 см и попробовали растянуть его в жгут. Это было проделано это с каждым образцом почвы. Почва скатывается в шарик и жгут, но, если попробовать ее согнуть в кольцо почва порвется. Почвогрунт вообще не скатывается в шарик. Далее по таблице определили, что почва со всех срезов среднесуглинистая, а почвогрунт- супесчаный. (Приложение 3).

2.3. Определение кислотности почв

Водородный показатель (pH) среды является важной химической характеристикой, от которой зависит биоразнообразие населяющей ее организмов. Простейшим способом измерения pH является использование индикаторной бумаги, с помощью которой я проводила пробу.

Для определения кислотности почвы первым делом засыпали небольшое количество почвы в колбы. Далее с помощью пипетки Пастера, добавили немного воды к почве и все это тщательно перемещали. После этого дали данной консистенции настояться примерно 10 – 20 минут, после чего опустили туда индикаторы. После полного высыхания индикаторов, определили, что среда каждого раствора нейтральна, а соответственно и pH почвы тоже нейтральна. (Приложение 4)

2.4. Обнаружение бактерий азотобактер в почвах разных образцов.

Для следующего эксперимента потребовалась среда Эшби, которая была приготовлена в лаборатории кабинета биологии (Приложение 5). Эта среда не содержит соединений азота и поэтому идеально подходит для выращивания колоний азотобактера. Для начала чашки Петри были продезинфицированы. Затем они были заполнены средой Эшби, которая благодаря агар- агару быстро загустела. После того как агар- агар застыл, с помощью зубочистки, аккуратно заполнили питательный раствор комочками почвы, оставляя между почвой расстояние по одному сантиметру с каждой стороны. (Приложение 6) Далее подписав, где находится какой образец, плотно накрыла чашки Петри тканью и оставили в тёплом месте. Пробы проверялись на 4,7 и 10 дни. (Приложение 7). На 4-й день видимых изменений почти не было. А 7- й день стали видны разрастания в виде плёночек- наростов. Одни были буроватого цвета (проба с первого среза), на остальных пробах- светлые образования.

На десятый день бактерии значительно расширили занимаемую поверхность почвы. На почве образцов стало чётко видно небольшие наросты, предположительно бактерии. На основании чего было сделано предположение, что это могут быть бактерии Azotobacter agilis, бурые образованя- Azotobacter chroococcum. Предположение основано на том, что клетки Azotobacter agilis продуцируют большое количество слизи, за счёт чего колонии имеют выпуклое строение. Azotobacter chroococcum имеют буроватые образования. Для проверки гипотезы пробы были изучены под микроскопом. Аккуратно с помощь зубочистки взяли пробы предполагаемых бактерий с каждого образца почвы, обработали их согласно инструкции (Приложение 8). Настроив нужную чёткость на микроскопе и тщательно исследовав образцы при увеличении в 400 и 600 раз и пришли к выводу, что «наросты», образовавшиеся на почве, действительно являются бактериями Azotobacter agilis и Azotobacter chroococcum. (Приложение 9). Но мы заметили одну очень немало важную вещь: количество бактерий было разным на всех четырёх образцах почвы, что в какой – то степени может быть доказательством гипотезы. Больше всего колонии азотобактера разрослись на купленном почвогрунте. Затем на пробе № 3 с газона и практически отсутствовали в пробе №1, что частично подтверждает выдвинутую гипотезу.

2. 5. Заключение

Результаты исследования

Таким образом, в ходе проведенных экспериментов, можно сделать выводы:

1.По механическому составу, наличию карбонатов и кислотности почвы практически одинаковы со всех участков. Почвогрунт имеет иной механический состав.

2. Больше всего бактерий рода азотобактер в купленном почвогрунте, на втором месте- в почвах с газона и меньше всего в почвах первой пробы.

4. На основании этого считаем, что частично подтвердили гипотезу, что азотобактер влияет на вегетацию растений. Но для нормального развития растений нужны другие факторы (наличие и количество гумуса, определённых микроэлементов, вредные, загрязняющие почву вещества и т.д.), а значит, азотобактер возможно и не виновен.

По итогам исследования можно сделать практические предложения по дальнейшему исследованию данного вопроса:

1) провести комплексный анализ почв всех проб, чтобы точно установить причину ухудшения развития однолетних декоративных растений;

2) провести эксперимент по выращиванию однолетних растений на данных пробах почв для выяснения скорости развития и состояния вегетации в регулируемых искусственных условиях.

Список литературы

1. Безуглова, О. С. Биогеохимия : учебник для вузов / О. С. Безуглова, Д. С. Орлов. Ростов н/Д : Феникс, 1999. — 320 с.

2. Методические рекомендации и инструкции по применению набора «Охотник за микробами»

 3. Вальков, В. Ф. Почвообразование на известняках и мергелях / В. Ф. Вальков, К. Ш. Казеев, С. И. Колесников, М. А. Кутровский. — Ростов н/Д : ЗАО «Ростиздат», 2007. — 198 с.

4. Вальков, В. Ф. Почвы Юга России / В. Ф. Вальков, К. Ш. Казеев, С. И. Колесников. — Ростов н/Д : Эверест, 2008. — 276 с.

5. Самсонов С.К. Невидимые земледельцы. М.: Мысль. 1987.172 с. .

Интернет источники

https://noparasites.ru/protozojnye-organizmy/azotobakter.html

https://ru.wikipedia.org/wiki/Азотобактер

https://gufo.me/dict/biology_encyclopedia/азотобактер_(azotobacter)

http://bio.niv.ru/doc/encyclopedia/life-of-plants/articles/5/azotobakter-azotobacter.htm

Приложение 1

Геолокация срезов почвы, откуда были взяты пробы.

срез № 1 срез № 2

срез № 3

Взятие проб почвы со срезов

срез № 1 срез № 2

срез № 3 Почвогрунт

Приложение 2

Определение карбонатов в почве

срез № 1

срез № 2 срез № 3

Приложение 3

Определение механического состава почвы

1. Почва с первого участка Почва со второго участка

3. Почва с третьего участка 4. Почвогрунт

Приложение 4

Определение кислотности почв

Инструкция по определению pH почвенной вытяжки

1) В пробирки типа «эппендорф» заполнить ~ половину объема исследуемым образцом почвы;

2) Оставшийся свободный объем пробирки заполнить водой;

3) Пробирку плотно закрыть крышкой;

4) Перемешать содержимое пробирки, интенсивно встряхивая пробирку в течение минуты;

5) Дождаться осаждения почвы на дно пробирки и опустить индикаторную бумагу в почвенную вытяжку

6) Сравнить окрашивание индикаторной бумаги со шкалой и зафиксировать приблизительное значение pH для исследуемой вытяжки в лабораторном журнале

Приложение 5

Приготовление среды Эшби

Приложение 6

Посев колоний бактерий из почв

Приложение 7

Наблюдение за развитием колоний азотобактера

День первый

День четвёртый

День седьмой

Первая проба Вторая проба

Третья проба Четвертая проба

День десятый

Первая проба Вторая проба

Проба третья Проба четвертая

Приложение 8

Инструкция по микроскопическому исследованию колоний бактерий Azotobaсter

1) Протрите предметное стекло спиртовой салфеткой для удаления загрязнений и жирового слоя;

2) В чашках Петри, засеянных 6-7 дней назад, выберите несколько колоний («обрастаний») с разной окраской;

3) Отберите пробу от заинтересовавших вас колоний для микроскопического исследования: с помощью зубочистки зачерпните небольшое количество биомассы;

5) Отобранный образец колоний перенесите на предметное стекло: размажьте по центральной части предметного стекла биомассу с поверхности зубочистки.

7) С помощью пипетки Пастера на предметное стекло в центр площади, покрытой образцом, нанесите каплю фуксина Циля;

8) В тоже место, что и фуксин Циля, с помощью пипетки Пастера, нанесите каплю туши;

9) Зубочисткой перемешайте красители и биомассу, находящиеся на стекле, до равномерного тонкого слоя грязно-розового цвета;

10) Получившийся в пункте 9 препарат высушите на воздухе;

11) На препарат нанесите каплю воды и изучите полученный препарат с помощью светового микроскопа.

Приложение 9

Подготовка препаратов и изучение их под микроскопом

Подготовка препарата Увеличение микроскопа 400

Приложение 10

Микроскопирование и обнаружение бактерий азотобактер в почвах разных образцов (ув. 400)

Первая проба Вторая проба

Третья проба Четвертая проба

бактерии