Актуальность
Работа актуальна, так как наличие азотфиксирующих бактерий рода Azotobacter влияет на плодородие почвы
Цель
Определить факторы, отрицательно влияющие на содержание в почве бактерий рода Azotobacter
Задачи
• Изучить литературу,
• Взять пробы почв разных биоценозов,
• Определить механический и химический состав почвы, почвенное дыхание, наличие в образцах бактерий рода Azotobacter
Гипотеза
Химический состав почвы влияет на содержание в ней бактерий рода Azotobacter
Предмет исследования
Влияние химического состава почвы на наличие бактерий рода Azotobacter;
| Вложение | Размер |
|---|---|
| 383.07 КБ |
Министерство образования и науки Республики Бурятия Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение
«Онохойская средняя общеобразовательная школа №2»
УЧЕБНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКАЯ РАБОТА
на тему:
«Определение влияния состава почвы на содержание в ней бактерий рода Azotobacter».
Исполнитель:
Шадрина Ксения Ивановна
учащаяся 10 класса __________________ «___»________________2023г
Научный руководитель:
Кунгурова Ирина Анатольевна
учитель биологии и химии __________________ «___»________________2023г
Место выполнения работы: Республика Бурятия, Заиграевский район, п. Онохой
2023г
СОДЕРЖАНИЕ
Введение …………………………………………………………………………….……..………….3
1. Основная часть…………………………………………………….……………..………….........4-5
1.1 Азотфиксирующие бактерии…………………………………………...……….……….………..5
2. Практическая часть
2.1Опыт №1 Формирование почвенного среза и отбор проб……………………………………..5-6
2.2 Опыт №2. Исследование механического состава почвы и наличие карбонатов…………….6-7
2.3 Опыт №3. Определение кислотности среды почвенной вытяжки………………..……………..8
2.4 Опыт №4. Определение содержания нитратов в почве…………………………….…………8-10
2.5 Опыт №5 Изучение почвенного дыхания……………………………………………….…...10-12
2.6 Опыт №6. Посев и наблюдение за ростом колоний бактерий Azotobaсter............................12-14
2.7 Опыт№7. Микроскопическое исследование образцов.............................................................14-15
3. Заключение…………………………………………………………………………………..……….15
4. Список литературы…………………………......................................................................................16
Приложения…………………………………….…………………………...……………..…….......17-25
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность
Работа актуальна, так как наличие азотфиксирующих бактерий рода Azotobacter влияет на плодородие почвы
Цель
Определить факторы, отрицательно влияющие на содержание в почве бактерий рода Azotobacter
Задачи
• Изучить литературу,
• Взять пробы почв разных биоценозов,
• Определить механический и химический состав почвы, почвенное дыхание, наличие в образцах бактерий рода Azotobacter
Гипотеза
Химический состав почвы влияет на содержание в ней бактерий рода Azotobacter
Предмет исследования
Влияние химического состава почвы на наличие бактерий рода Azotobacter;
Объект исследования
Образцы почвы с разных природных ландшафтов
Методика исследования
• Отбор проб почвы методом почвенного разреза;
Изучение механического состава почв и наличия в них карбонатов;
Определение кислотности среды почвенной вытяжки;
• Определение содержания нитратов в почве;
• Изучение почвенного дыхания по определению количества СО2, выделяемого почвой;
• Посев и наблюдение за ростом колоний бактерий Azotobacter и их микроскопическое исследование;
• Составление отчета.
Исследования проводились с использованием Методических рекомендаций и инструкций по применению набора «Охотники за микробами» ИХБФМ СО РАН
Место и сроки проведения исследования
Апрель-май 2022 года, окрестности п.Онохой, Республики Бурятии
1.1 АЗОТФИКСИРУЮЩИЕ БАКТЕРИИ
Азотфиксация — это процесс переведения молекулярного азота из атмосферы (N2) в восстановленную растворимую форму. Растворимые соединения азота доступны для усваивания растениями, а почва, насыщенная такими соединениями, считается более плодородной. Содержание и соотношение растворимых форм азота в почве постоянно изменяются в результате их усвоения растениями, сбором урожая, а также вследствие эрозии, вымывания и денитрификации. Описанные процессы относят соединения азота к одному из главных и дефицитных элементов питания естественных и сельскохозяйственных экосистем, а азотфиксаторы играют важную роль в круговороте азота в природе и биосфере в целом.
Азотфиксацию способны осуществлять прокариоты, тогда как у эукариот отсутствуют гены, ответственные за данный процесс. Наиболее известные азотфиксирующие симбиотические бактерии – Rhizobium sp. – используются в производстве биологических удобрений для бобовых растений. Между бобовыми культурами и азотфиксирующими бактериями возникает симбиоз, следствием которого является увеличение содержания на посевной площади высококачественного легкоусвояемого белка.
Azotobacter — это род свободноживущих грамотрицательных бактерий, обитающих в почве. Azotobacter chroococcum был впервые выделен в чистой культуре голландским ученым М. Бейеринком в 1901 г.
Представители рода Azotobacter чаще всего обитают в нейтральных и слабощелочных почвах, а также в пресноводных водоемах и солоноватоводных болотах. Однако, некоторые представители Azotobacter были обнаружены и в экстремальных условиях: в почвах северного и южного полярного и антарктического региона. Azotobacter нередко образуют симбиотическую связь с растениями и живут в ризосфере – узком слое почвы, прилегающем к корням растения толщиной около 2-5 мм. Представители данного рода получают энергию в ходе окислительно-восстановительных реакций, используя углеводы, спирты и соли органических кислот. Азотфиксаторы способны фиксировать по крайней мере 10 микрограмм (микрограмм = 10-6 грамм) азота на один грамм потреблённой глюкозы. Бактерии Azotobacter способны расти и осуществлять процесс фиксации азота в диапазоне pH от 4,8 до 8,5, а оптимальным для жизнедеятельности данных организмов считается диапазон pH 7,0—7,5.
Дефицит питательных элементов, засоление почв, наличие тяжелых металлов, биоциды, ограниченная влажность и сочетание всех вышеперечисленных неблагоприятных условий может приводить к исчезновению популяции азотфиксаторов и изменению микробиоценоза почвы. Современные исследователи регулярно находят и описывают новые азотфиксирующие бактерии, однако их внедрение в сельское хозяйство затрудняется низкой азотфиксирующей активностью в стрессовых условиях.
Где можно найти представителей рода Azotobacter: идеальная среда обитания для представителей Azotobacter — влажная почва с pH близким к нейтральному значению, хорошим доступом воздуха и наличием солей кальция, фосфора и калия. Оптимальная температура роста бактерий Azotobacter 25-30°С.
Уникальный штамм бактерий можно найти в совершенно неожиданном месте – во дворе своего дома или школы, близлежащем лесу и даже в парке.
Клетки бактерий рода Azotobacter относительно крупные (1-2 мкм в диаметре) и, как правило, имеют овальную форму. Однако, встречаются представители Azotobacter с разнообразными формами клеток — от палочковидной до сферической. На микроскопических препаратах клетки могут располагаться одиночно, парами, неправильными скоплениями. В некоторых случаях можно встретить цепочками из клеток Azotobacter различной длины. Формируют особые покоящиеся формы — цисты (пузыря, защитной оболочки вокруг клеток).

Пример снимков препарата при х400 (слева) и х1000 (справа)
2.1 Опыт №1. Формирование почвенного среза и отбор проб
В ходе работы нами были взяты 5 образцов проб почвы /Приложение №1/
2.2 Опыт №2. Исследование механического состава почвы и наличие карбонатов.
1) Для определения механического состава почвы насыпаем ~1 столовую ложку в ладонь. С помощью пипетки Пастера к почве приливаем воду и тщательно перемешиваем воду с почвой до получения как можно более вязкого «теста». Из полученного «теста» скатываем шарик диаметром 2-3 см и пробуем растянуть его в жгут. Результаты соотносим с данными таблицы 1 и делаем вывод о механическом составе исследуемой почвы.
Таблица 1. Механический состав почвы
Механический состав | Вид в лупу/микроскоп | При скатывании |
Песчаный | Состоит почти исключительно из песчаных зерен | Не скатывается в шарик |
Супесчаный | Преобладают песчаные частицы с небольшой примесью глины | Не скатывается, но лепится в непрочные шарики |
Легкосуглинис- тый | Среди глинистых частиц преобладают песчаные частицы | Образует непрочный шарик, в жгут не раскатывается, образует отдельные колбаски или цилиндрики |
Среднесуглинис тый | Среди глинистых частиц заметны песчаные частицы | Образует сплошной жгут, который при сгибании в кольцо разламывается |
Тяжелосуглинис тый | Крупные песчаные зерна отсутствуют | Образует длинный жгут, при сгибании в кольцо которого образуются трещины |
Глинистый | Песчаные зерна отсутствуют | Дает гладкий шарик и длинный жгут |
Результаты эксперимента /Приложение №2/
Образец | Механический состав |
№1 | Супесчаная |
№2 | Легкосуглинистая |
№3 | Среднесуглинистая |
№4 | Супесчаная, каменистая |
№5 | Среднесуглинистая, черная, тяжелая |
Если в почве находится значительное количество карбонатов, то на срезе будет наблюдаться вспенивание. Карбонаты способны реагировать с соляной кислотой по следующей реакции: CO32-+ 2H+ = H2O + CO2
В результате реакции выделяется углекислый газ, который и обуславливает вспенивание.
Наличие карбонатов определяли в полевых условиях, капая раствором соляной кислоты на почвенный срез на разной глубине. Шипение (вспенивание) нигде наблюдали, следовательно карбонаты во всех образцах почвы отсутствуют.
2.3 Опыт №3. Определение кислотности среды почвенной вытяжки.
(Почвенной вытяжкой называют экстракт, который получен после обработки почвы водой или раствором заданного состава.)

Результаты эксперимента /Приложение №3/
Образец | Кислотность |
№1 | Слабокислая (рН=6) |
№2 | Слабокислая (рН=6) |
№3 | Слабощелочная (рН=8) |
№4 | Слабокислая (рН=5) |
№5 | Слабокислая (рН=6) |
Во всех образцах почвы кислотность соответствует условиям обитания бактерий рода Azotobacter
2.4 Опыт №4. Определение содержания нитратов в почве.
Для приготовления почвенной вытяжки используем питьевую воду BonAqua.
Содержание нитратов в нашем образце воды BonAqua 0 мг/мл. Оставляем тест- полоску для сравнения её цвета с результатами окрашивания тест- полоски в почвенной вытяжке.
|
Шкала окрашивания тест-полосок в зависимости от содержания нитратов в растворе. |
Результат эксперимента/Приложение №4/
Образец | Содержание нитратов |
№1 | 0.00 мг/мл |
№2 | 25.00 мг/мл |
№3 | 30.00 мг/мл |
№4 | 5.00 мг/мл |
№5 | 20.00 мг/мл |
Самое большее количество нитратов в почве, взятой у побережья реки Шара-Улунки и самое низкое их содержание (их отсутствие) в почве на пришкольном участке.
2.5 Опыт №5 Изучение почвенного дыхания.
«Дыхание почвы» - процесс образования СО2 в результате разложения и окисления органического вещества почвенными микроорганизмами и корнями растений. В данном разделе представлена инструкция по изучению почвенного дыхания: определению количества CO2, которое выделяет почва.
Через сутки титруем раствор NaOH 0,1 М из ёмкостей №1,№2,№3 раствором соляной кислоты 0,1 M. Предварительно добавив в раствор 1 каплю раствора фенолфталеина. Раствор NaOH должен приобрести малиновую окраску.
VHCl = Nкапель*Vкапли,
где Nкапель – число капель, которое потребовалось для титрования,
Vкапли – объем одной капли в мл;
Vкапли = 0,04 мл.
n(NaOH) = CHCl*VHCl = 0,1*VHCl,
где VHCl – объем соляной кислоты в литрах, потраченный на титрование;
n(NaOH)ср = (n(NaOH)2 + n(NaOH)3)/2
Количество моль щелочи в емкостях №2 и №3 должно быть меньше, чем в емкости №1, поскольку часть щелочи прореагировала с CO2 по реакции: 2NaOH + CO2 = Na2CO3 + H2O
m(CO2) = (n(NaOH)1 – n(NaOH)ср)*M(CO2) где
n(NaOH)1 – количество NaOH, содержащееся в контрольной емкости №1, n(NaOH)ср – усредненное количество щелочи, содержащееся в емкостях №2и 3,
M(CO2) = 44 г/моль – молярная масса CO2.
Аналогичные расчеты проводим на 3 и 7 сутки и делаем выводы. /Приложение №5/
Наибольшее количество углекислого газа в образце почвы, взятой на берегу реки Шара-Улунки, что обусловлено скорее всего богатой фауной.
2.6 Опыт №6. Посев и наблюдение за ростом колоний бактерий Azotobaсter.
Для исследования роста колоний на одном образце почвы ставим 3 параллельных эксперимента в 3-х чашках Петри. На каждую чашку Петри потребуется 20 мл среды Эшби.
1 г CaCO3; 3 г Агара; 4 г глюкозы
по каплям добавляем воду до получения пастообразной массы;
Наиболее распространенный и хорошо изученный Azotobacter chroococcum (обитает в почвах всех типов, кроме кислых) образует колонии с бурым, почти чёрным пигментом. Для Azotobacter agilis характерны бесцветные колонии. Azotobacter vinelandii образует колонии с флуоресцирующую желтовато-зеленоватой окраской.
Число дней после посева | Образец №1 | Образец №2 | Образец №3 | Образец №4 | Оразец №5 |
4 день | 35 | 0 | 33 | 6 | 9 |
7 день | 37 | 1 | 45 | 13 | 16 |
10 день | 41 | 2 | 53 | 29 | 23 |
Ср.значение | 38 | 1.5 | 44 | 16 | 16 |
2.7 Опыт№7. Микроскопическое исследование образцов.
Наличие бактерий Azotobacter /Приложение №7/
Образец | Наличие бактерий Azotobacter |
№1 | Отсутствуют |
№2 | Присутствуют |
№3 | Отсутствуют |
№4 | Присутствуют |
№5 | Присутствует |
Бактерии Azotobacter были обнаружены нами в образцах №2, №4 и №5, что обусловлено благоприятными условиями для их существования
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В ходе выполнения исследовательской работы:
1) Был осуществлен информационный поиск по проблеме исследования, проанализирована и систематизирована полученная информация по видам почв, их основным характеристикам;
2) Изучены взятые образцы на состав, кислотность, наличие нитратов и карбонатов, посев и наблюдение за ростом колоний бактерий Azotobacter и их микроскопическое исследование
3) Проанализированы полученные результаты
Полученные нами результаты доказывают, что на наличие в почве азотфиксаторов влияет не только кислотность почвы (оптимальное значение рН 7,0-7,5), но и сочетание других неблагоприятных условий: наличие солей тяжелых металлов, дефицит питательных веществ (образец почвы №1- пришкольный участок), засоление почвы, ограниченная или избыточная влажность (образец почвы №3- прибрежная зона реки)
В качестве перспективы видим для себя, во-первых, разработку почвенной карты, во-вторых, изучение состава почвы на содержание в почве солей тяжелых металлов, как одного из факторов, влияющих на наличие в ней азотфиксаторов.
Данная работа была выполнена в рамках исследовательской программы «Всероссийский атлас почвенных микроорганизмов» под руководством Института химической биологии и фундаментальной медицины (ИХБФМ СО РАН). Все образцы почв и колоний микроорганизмов были отправлены в ИХБФМ СО РАН, где из полученных образцов в дальнейшем выделят чистые культуры бактерий, а затем получат геномную ДНК и методом секвенирования определят последовательность её небольшого участка. Полученные данные о геноме позволят ученым определить конкретный вид полученных нами Azotobacter и сделать вывод об уникальности полученных нами культур. Для неизученных ранее образцов будет произведено полногеномное секвенирование (полная расшифровка последовательности ДНК).
4. Список литературы
1. Аксенова М. Энциклопедия для детей География Издательство центр «Аванта +», 2005. – С. 96.
2. Баландин Р.К. Я познаю мир (география России), - Издательство «Астрель», 2006. – С. 113.
3. Карпачевский Л.О. Экологическое почвоведение. - М., ГЕОС, 2005. - С.336.
4. Макаров М.И. Фосфор органического вещества почв. – М., ГЕОС, 2009. – С. 40-52.
5. Морозов А.И. О почве и почвоведении. – М., ГЕОС, 2007. – С.286.
6. Шелкун Е.В. Я познаю мир (Россия) – М., АСТ : Астрель, 2009. – С.412
7. Чижевский АЕ. Я познаю мир (экология) – М., 2000. – С.14-18.
8. [Электронный ресурс]: ru.wikipedia.org
9. [Электронный ресурс]: http://www.brocgaus.ru/text/080/706.h
Приложение №1
Определение почвенного дыхания: определение количества СО2, которое выделяет почва
Расчеты:
Контрольная проба:
Количество капель HCl =200
VHCl = Nкапель*Vкапли= 200х0,04=8 мл= 0,008л
Vкапли = 0,04 мл.
n(NaOH) = CHCl*VHCl = 0,1*VHCl= 0,1х0.008=0,0008л
Пришкольный участок через сутки:
Количество капель HCl =186
VHCl = Nкапель*Vкапли= 186х0,04=7,44мл= 0,00744л
n(NaOH) = CHCl*VHCl = 0,1*VHCl= 0,1х0.00744=0,000744л
m(CO2) = (n(NaOH)1 – n(NaOH)ср)*M(CO2)= (0,0008-0,000744)х44= 0,00246г
Пришкольный участок через 7 суток:
Количество капель HCl =82
VHCl = Nкапель*Vкапли= 82х0,04=3,28мл= 0,00328л
n(NaOH) = CHCl*VHCl = 0,1*VHCl= 0,1х0.00328=0,000328л
m(CO2) = (n(NaOH)1 – n(NaOH)ср)*M(CO2)= (0,0008-0,000328)х44= 0,0020768г
Прибрежная зона реки Шара-Улунки через сутки:
Количество капель HCl =24
VHCl =Nкапель*Vкапли=24х0,04=0,96мл= 0,00096л
n(NaOH)=CHCl*VHCl=0,1*VHCl= 0,1х0.00096=0,000096л
m(CO2) = (n(NaOH)1 – n(NaOH)ср)*M(CO2)= (0,0008-0,000096)х44= 0,030976г
Прибрежная зона реки Шара-Улунки через 7 суток:
Количество капель HCl =13
VHCl =Nкапель*Vкапли=13х0,04=0,52мл= 0,00052л
n(NaOH)=CHCl*VHCl=0,1*VHCl= 0,1х0.00052=0,000052л
m(CO2) = (n(NaOH)1 – n(NaOH)ср)*M(CO2)= (0,0008-0,000052)х44= 0,032912г
Березовая роща через сутки:
Количество капель HCl =80
VHCl =Nкапель*Vкапли=80х0,04=3,2мл= 0,0032л
n(NaOH)=CHCl*VHCl=0,1*VHCl= 0,1х0.0032=0,00032л
m(CO2) = (n(NaOH)1 – n(NaOH)ср)*M(CO2)= (0,0008-0,00032)х44= 0,02112г
Березовая рощачерез 7 суток:
Количество капель HCl =56
VHCl =Nкапель*Vкапли=56х0,04=2,24мл= 0,00224л
n(NaOH)=CHCl*VHCl=0,1*VHCl= 0,1х0.00224=0,000224л
m(CO2) = (n(NaOH)1 – n(NaOH)ср)*M(CO2)= (0,0008-0,000224)х44= 0,025344г
Сводная таблица результатов опытов:
Образец №1 пришкольный участок | Образец №2 сосновый лес | Образец №3 Прибрежная зона реки Шара-Улунки | Образец №4 Гористая местность | Образец №5 Березовая роща | |
Координаты | Широта — 52°92’77″ Долгота — 108°07’60″ | Широта — 51°92’44″ Долгота — 108°08’00″ | Широта — 51°93’77″ Долгота — 108°06’90″ | Широта — 51°96’90″ Долгота — 108°03’40″ | Широта — 51°96’90″ Долгота — 108°03’40″ |
Механический состав | Супесчаная | Легкосугли- нистая | Среднесу- глинистая | Супесчаная | Суглинис тая |
Кислотность | Слабокислая (рН=6) | Слабокислая (рН=6) | Слабощелочная (рН=8) | Слабокислая (рН=5) | Слабокислая (рН=6) |
Наличие карбонатов | Отсутствуют | Отсутствуют | Отсутствуют | Отсутст вуют | Отсутствуют |
Наличие нитратов | 0 мг/л | 25 мг/л | 30 мг/л | 5 мг/л | 20 мг/л |
Почвенное дыхание/ количество СО2 через сутки через 7 суток | 0,002464г 0,02076г | Не определяли | 0,030976г 0,03291г | Не определяли | 0,02112г 0,2534г |
Количество колоний бактерий (среднее) | 38 | 1-2 | 44-45 | 16-17 | 15-16 |
Бактерии рода Azotobacter | нет | есть | нет | есть | есть |

Всему свой срок

Снежная сказка

Выбери путь

Пичугин мост

Есть ли лёд на других планетах?