Методология исследования биологической активности почвы
Покупка
Новинка
Тематика:
Почвоведение
Издательство:
Санкт-Петербургский государственный аграрный университет
Автор:
Гамзаева Руфина Саидметовна
Год издания: 2021
Кол-во страниц: 144
Дополнительно
Доступ онлайн
400 ₽
В корзину
Учебное пособие составлено на основании требований ФГОС ВО по направлению подготовки 35.04.03 Агрохимия и агропочвоведение и предназначено для оказания помощи при изучении дисциплины «Методология исследования биологической активности почвы».
Скопировать запись
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов
Р.С. Гамзаева МЕТОДОЛОГИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ПОЧВЫ УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ к практическим занятиям и самостоятельной работе для обучающихся по направлению подготовки 35.04.03 Агрохимия и агропочвоведение САНКТ – ПЕТЕРБУРГ 2021
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОСИИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Р.С. Гамзаева МЕТОДОЛОГИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ПОЧВЫ УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ к практическим занятиям и самостоятельной работе для обучающихся по направлению подготовки 35.04.03 Агрохимия и агропочвоведение Одобрено Федеральным УМО по сельскому, лесному и рыбному хозяйству, экспертное заключение №21 от 28.06.2021 г. САНКТ – ПЕТЕРБУРГ 2021
УДК 631.465 ББК 40.3-40.4 Г 18 Рецензенты: доктор сельскохозяйственных наук, доцент ФГБОУ ВО СПбГАУ А.В. Лаврищев; кандидат биологических наук, доцент МУ ИСО ПСПбГМУ им. И.П. Павлова С.В. Цымлякова Гамзаева, Р.С. Методология исследования биологической активности почвы: учебное пособие к практическим занятиям и самостоятельной работе для обучающихся по направлению подготовки 35.04.03 Агрохимия и агропочвоведение / Р.С. Гамзаева. – СПб: СПбГАУ. – 2021. – 143 с. Учебное пособие составлено на основании требований ФГОС ВО по направлению подготовки 35.04.03 Агрохимия и агропочвоведение и предназначено для оказания помощи при изучении дисциплины «Методология исследования биологической активности почвы». Рекомендовано к изданию и публикации на электронном носителе согласно лицензионному договору Учебно-методическим советом ФГБОУ ВО СПбГАУ, протокол № 8 от 03 июня 2021 года. © Гамзаева Р.С., 2021 © ФГБОУ ВО СПбГАУ, 2021 2
ОГЛАВЛЕНИЕ Введение ...................................................................................................... 5 Общие правила техники безопасности в лаборатории .................... 7 Отбор и подготовка образцов почвы для анализа почвенных микроорганизмов ............................................................................. 8 Отбор и подготовка почвенных образцов к ферментативным анализам ...................................................................................................... 8 1. Общая физиология микроорганизмов и методы ее изучения ...... 10 1.1. Питание микроорганизмов ............................................................ 10 1.2. Питательные среды для культивирования микроорганизмов ..... 12 1.3. Методы стерилизации .................................................................... 14 1.4. Техника посева микроорганизмов на питательные среды ......... 16 1.5. Выделение чистых культур аэробных и анаэробных микроорганизмов .................................................................................... 18 1.6. Исследование микроорганизмов в живом состоянии ................. 19 1.7. Изучение микроорганизмов в окрашенном состоянии .............. 20 1.8. Идентификация микроорганизмов по морфологическим, культуральным признакам и качественному составу ...................... 23 Контрольные вопросы ................................................................................. 29 2. Микробиологические методы исследования биологической активности почвы .................................................................................. 30 2.1. Определение общего количества микроорганизмов в почве ..... 32 2.2. Определение общей биологической активности почвы по интенсивности разложения полотна ................................................ 34 Контрольные вопросы ................................................................................. 34 3. Дыхание микроорганизмов ........................................................... 35 3.1. Определение дыхания почвы в полевых условиях ..................... 36 3.2. Лабораторный метод определения дыхания почвы по выделению CO2 (модифицированный метод Макарова) ............... 37 Контрольные вопросы ................................................................................. 37 4. Превращение микроорганизмами соединений углерода ......... 38 4.1. Анаэробное разложение целлюлозы............................................. 38 4.2. Аэробное разложение целлюлозы................................................. 40 4.3. Определение целлюлолитической активности почв .................. 43 Контрольные вопросы ................................................................................. 44 5. Превращение микроорганизмами соединений азота ............... 45 5.1. Аммонификация белковых веществ ............................................. 45 5.2. Выявление аммонифицирующих бактерий на плотных питательных средах ................................................................................ 49 Контрольные вопросы ................................................................................. 50 6. Нитрификация.......................................................................................... 51 6.1. Определение нитрификационной способности почвы ............... 54 6.2. Коллометрический метод определения нитратов в почве (по Грандваль-Ляжу) .............................................................................. 55 3
7. Денитрификация .......................................................................... 56 8. Биологическая фиксация азота ................................................ 60 8.1. Свободноживущие азотфиксирующие бактерии ........................ 62 8.2. Количественное определение азотобактера в почве ................... 63 8.3. Ассоциативные азотфиксирующие бактерии .............................. 64 8.4. Количественное определение ассоциативных азотфиксирующих бактерий....................................... 64 9. Превращение микроорганизмами соединений серы.................... 65 9.1. Восстановление сульфатов ............................................................ 66 9.2. Выявление серобактерий на жидких средах ................................ 68 10. Превращение микроорганизмами соединений железа.............. 69 11. Превращение микроорганизмами соединений фосфора............. 73 Контрольные вопросы ................................................................................. 76 12. Морфология актиномицетов .................................................... 77 12.1. Методы выявления и количественного учета актиномицетов .... 78 13. Морфология почвенных грибов ....................................................... 79 13.1. Количественное определение почвенных грибов ..................... 85 Контрольные вопросы ................................................................................. 86 14. Экологические методы исследования почвенных микроорганзмов.......................................................................................... 87 15. Бохимические методы исследования биологической активности почвы ...................................................................................... 89 15.1. Оксидоредуктазы ......................................................................... 92 15.1.1 Определение активности каталазы ...................................... 92 15.1.2 Определение активности пероксидазы ............................... 94 15.1.3 Определение активности полифенолоксидазы .................. 95 15.1.4 Определение активности дегидрогеназы ............................ 96 15.2. Гидролазы...................................................................................... 98 15.2.1 Определение активности β-фруктофуранозидазы ............... 98 15.2.2 Определение активности β-глюкозидазы ............................ 101 15.2.3 Определение активности уреазы .......................................... 102 15.2.4 Фосфогидролазы .................................................................... 105 15.2.5 Определение активности фосфатазы ................................... 105 15.2.6 Определение активности протеолитических ферментов.... 107 Контрольные вопросы ................................................................................. 108 16. Оценка биологической активности почв ................................... 109 Список литературы ............................................................................ 110 Глоссарий ...................................................................................................... 111 Приложения.......................................................................................... 129 4
Введение Интенсификация земледелия, широкое применение минеральных удобрений и химических средств защиты растений оказывают мощное воздействие на физико-химические свойства почвы, её биологическую активность и плодородие. Одним из важнейших факторов плодородия почв является жизнедеятельность микроорганизмов. Поэтому любые агротехнические мероприятия, направленные на повышение урожая растений и воспроизводство почвенного плодородия, должны иметь почвенномикробиологическое обоснование. Почва как биологическая система населена огромным количеством разнообразных микроорганизмов. Эти микроорганизмы являются чувствительными индикаторами, реагирующими на изменения среды обитания. Поэтому изучение особенностей микробных сообществ, наряду с агрохимическими показателями, может быть использовано для оценки почвенного плодородия. Активно действующая микрофлора почв вызывает разнообразные процессы, связанные с превращением органических и минеральных соединений почв и удобрений, она является возбудителем процессов аммонификации, нитрификации, синтеза и разложения перегноя, разложения клетчатки, растворения закреплённых в почве форм фосфора, накопления физиологически активных веществ, фиксации молекулярного азота и др. Для характеристики состояния почвы важно не только определить численность разнообразных групп микроорганизмов, но также анализировать их соотношение и возможную роль в почвенных процессах и увязать полученные данные с особенностями почвенной среды. Для характеристики биологической активности почвы используют суммарные (интегральные) методы, позволяющие оценить интенсивность минерализационных процессов, осуществляемых микроорганизмами. Они условно делятся на 2 группы. Одни из них позволяют измерить актуальную, а другие – потенциальную активность почвы. Актуальная (действительная, естественная, полевая) биологическая активность характеризует реальную активность почвы в естественных (полевых) условиях. Измерить ее можно только непосредственно в поле. Потенциальную активность определяют в искусственных условиях, оптимальных для протекания конкретного биологического процесса (температура, влажность, аэрация и др.). Методы определения потенциальной биологической активности почв могут служить хорошими диагностическими показателями потенциального плодородия почв, степени удобренности, окультуренности, эродированности, а также загрязнённости какими-либо химическими веществами. Процесс изучения дисциплины направлен на формирование у обучающихся следующих компетенций: 5
ПК-5 – способен разрабатывать программы агрохимического и агроэкологического мониторинга, различных видов почвенных обследований на основании требований технического задания. В результате освоения компетенции (ПК-5) обучающийся должен: Знать: микробиологические и биохимические методы, применяемые для изучения биологической активности почвы. Уметь: разрабатывать программы агрохимического и агроэкологического мониторинга, различных видов почв на основании исследований биологической активности. Владеть: навыками применения программ агрохимического и агроэкологического мониторинга почв для оптимизации биологической активности. 6
Общие правила техники безопасности в лаборатории 1. К выполнению лабораторных работ обучающиеся приступают после прохождения инструктажа по технике безопасности и разрешения преподавателя. 2. Студент должен работать на закрепленном за ним рабочем месте. Переход на другое место без разрешения преподавателя не допускается. 3. Рабочее место следует поддерживать в чистоте, не загромождать его посудой и побочными вещами. 4. Студентам запрещается работать в лаборатории без присутствия преподавателя или лаборанта, а также в неустановленное время без разрешения преподавателя. 5. В лаборатории запрещается принимать пищу, пить воду. 6. Приступая к работе, необходимо: изучить методику работы, правила ее безопасного выполнения; соблюдать соответствие химических реактивов с теми, которые указаны в методике работы. 7. Опыт необходимо проводить в точном соответствии с его описанием в методических указаниях, особенно придерживаться очередности добавления реактивов. 8. Для выполнения опыта пользоваться только чистой, сухой лабораторной посудой; для отмеривания каждого реактива используется мерная посуда (пипетка, бюретка, мензурка, мерный цилиндр или мерный стакан); не следует выливать избыток налитого в пробирку реактива обратно в емкость, чтобы не испортить реактив. 9. Если в ходе опыта требуется нагревание реакционной смеси, надо следовать предусмотренным методическим указаниям способа нагрева: на водяной бане, на электроплитке или на газовой горелке и др. Сильно летучие горючие вещества нельзя нагревать на открытом огне. Все операции с ними проводить в вытяжном шкафу. 10. При случайном попадании содержимого реактива (особенно серной, соляной кислот) на стол, руки или любую другую поверхность, необходимо немедленно тщательно промыть этот участок проточной водой. 11. Пролитые на пол и стол химические вещества обезвреживают и убирают под руководством лаборанта (преподавателя) в соответствии с правилами. 12. При работе в лаборатории следует соблюдать следующие требования: выполнять работу необходимо аккуратно, добросовестно, внимательно, экономно, быть наблюдательным, рационально и правильно использовать время, отведенное для работы. 13. По окончании работы следует привести в порядок свое рабочее место: помыть посуду, протереть поверхность рабочего лабораторного стола, закрыть водопроводные краны, выключить электрические приборы. 7
Отбор и подготовка образцов для анализа почвенных микроорганизмов Количество почвенных микроорганизмов учитывают в средней почвенной пробе. На изучаемом варианте полевого опыта образцы отбирают почвенным буром в 10-ти местах на глубине 10-30 см по 100-200 г. В каждом месте делают не менее 5-7 уколов. Взятые образцы объединяют, тщательно перемешивают и просеивают через сито с ячейкой 2 мм. Из полученного среднего образца берут 2 навески по 10 г на технических весах и добавляют 100 мл стерильной воды – получают разведение 1:10. Почвенную суспензию встряхивают 10 мин. И делают из неё ряд последовательных разведений – 1:100, 1:1000 и т.д. путём добавления к 10 мл суспензии из предыдущего разведения в последующее. Для каждого разведения берут новую стерильную пипетку. Нужные разведения подбирают, исходя из активности анализируемых почв. Отбор и подготовка почвенных образцов к ферментативным анализам Почвенные образцы нужно отбирать тщательно, так как все последующие результаты будут определяться тем, насколько правильно они были отобраны. Предварительно делают записи в дневнике с указанием района исследований, описанием выбранного места закладки разреза, участка или опытного поля (рельеф, растительность, предшествующие культуры, агротехника, внесение удобрений) и подробной характеристикой почвы, обязательно записывают время взятия образца. Методика отбора почвенных образцов определяется поставленными перед исследователем задачами. При изучении ферментативной активности под различной растительностью образцы почвы берут из зоны ризосферы и вне ризосферы по фазам развития растений. Следует учесть, что в целинных почвах и под многолетними травами максимальную ферментативную активность обнаруживают в слое 0-5-7 см, причем она сильно уменьшается в более глубоких слоях. Поэтому этот слой целесообразно брать отдельно. При изучении пахотных почв образцы берут, на всю глубину пахотного слоя, предварительно удалив, возможно загрязненный, самый верхний слой почвы. Пахотный горизонт можно расчленить на 2-3 слоя. В летние месяцы слой 0-5 см. В условиях нормального увлажнения и тепла этот слой характеризуется максимальной активностью. При исследовании влияния удобрений и агротехнических приёмов на биохимические процессы пробы отбирают несколько раз в течение вегетационного периода, сроки лучше приурочивать к фазам развития опытных сельскохозяйственных культур. Во всех случаях берут смешанные пробы. Для микробиологической характеристики опытных участков и определения ферментативной активности на каждую стометровую делянку рекомендуют брать пять образцов. Каждый образец составляют из трех смешанных проб. Если делянка меньше 100 м2, то 8
достаточно брать три образца по диагонали, составленные из трех смешанных проб. Каждый образец анализируют отдельно. После каждой делянки инструмент (лопата, бур, нож) тщательно очищают многократным втыканием в почву, из которой взяты образцы. При изучении распределения ферментов по почвенному профилю образцы берут по генетическим горизонтам из свежевырытого почвенного разреза, в котором морфологические признаки, присущие данному горизонту, выражены наиболее сильно. Иногда берут смешанные пробы из трех стенок разреза. Отбор образцов производят, последовательно начиная от нижнего горизонта (материнская порода) к верхнему горизонту, предварительно очистив и освежив места взятия образца. Для сравнительной характеристики различных типов почв по ферментативной активности можно ограничиваться одноразовым определением, но образцы должны быть отобраны в одни и те же сроки, желательно до начала вегетации (весной) или в конце вегетации (осенью), в целях исключения влияния на ферментативную активность живых корней растений. Образцы почв, собранные для исследования эколого-географического характера, практически невозможно анализировать в свежем состоянии, поэтому их сразу же высушивают (обязательно в тени и как можно быстрее). Почву следует часто перемешивать. Условия высушивания и хранения почвенных образцов должны быть одинаковыми. Высушенные или свежие образцы до исследования хранят на холоде, при этом их активность значительно снижается. Вопрос о том, в каких пробах анализировать ферментативную активность почв, решают в зависимости от поставленной задачи. При изучении ферментативной активности использовать свежие почвенные пробы в их естественно-влажном состоянии. Естественно-влажные пробы на время обрабатывают толуолом для подавления жизнедеятельности микроорганизмов и выдерживают на холоде. В других случаях образцы почвы высушивают до воздушно-сухого состояния в тени, лучше на холоде и до анализов хранят в холодном месте в закрытых сосудах. Для анализов почву тщательно очищают от корней и других растительных остатков, камней и прочих включений. Высушенные пробы растирают и просеивают через сито с диаметром отверстий 1-2 мм. Во всех случаях показатели ферментативной активности переводят на вес воздушно-сухой или абсолютно сухой почвы и обязательно указывают, в каких образцах почвы (в сухих или естественно-влажных) выполнены анализы. 9
Доступ онлайн
400 ₽
В корзину