Influenta Plantelor de Cultura Asupra Microorganismelor din Rizosfera In Conditiile Fermei Ezareni

CUPRINS

LISTA TABELE SI FIGURI

INTRODUCERE

PARTEA I CONSIDERAȚII GENERALE

CAPITOLUL 1 – STADIUL ACTUAL AL CERCETĂRILOR PE PLAN NAȚIONAL ȘI INTERNAȚIONAL

1.1 Stadiul cercetărilor pe plan national

1.2 Stadiul cercetărilor pe plan internațional

1.2 Semnificația microorganismelor din rizosferă

CAPITOLUL 2 – CARACTERIZAREA CONDIȚIILOR GEOGRAFICE ALE ZONEI

2.1 Poziția geografică și situația social-economică

2.2 Geomorfologia și hidrologia zonei

2.3 Principalele caracteristici ale climei

2.3.1 Regimul termic

2.3.2 Regimul pluviometric

2.3.3Alte elemente climatice: lumina, nebulozitatea, vânturile

2.3.4 Solul

2.3.5 Flora spontană din zonă

2.3.6 Concluzii asupra cadrului natural

CAPITOLUL 3 – MICROFLORA SOLULUI

3.1 Răspândirea microorganismelor în sol

3.2 Bacteriile

3.3 Actinomicetele

3.3.1 Activitatea biochimică a actinomicetelor

3.4 Fungii

3.5 Algele

3.6 Protozoarele

3.7 Interrelațiile dintre diferitele grupe de microorganisme din sol

PARTEA A II-A CONTRIBUȚII PROPRII

CAPITOLUL 4 – IMPORTANȚA ȘI SCOPUL STUDIERII TEMEI

4.1 Importanța temei

4.2 Scopul studierii temei

CAPITOLUL 5 – MATERIALUL ȘI METODA DE CERCETARE

5.1 Materialul de analizat

5.1.1 Prelevarea probelor

5.1.2 Analize de laborator

CAPITOLUL 6 – REZULTATE OBȚINUTE

CAPITOLUL 7 CARACTERIZAREA GENURILOR IDENTIFICATE ÎN LABORATOR

7.1 Alternaria spp

7.2 Aspergillus spp

7.3 Fusarium spp

7.4 Nigrospora spp

7.5 Penicillium spp

7.6 Rhizopus spp

7.7 Mucor spp

7.8 Trichoderma spp

CAPITOLUL 8 – CONCLUZII

BIBLIOGRAFIE

LISTA TABELELOR

Tabelul 1. Activitatea biologică din rizosfera plantelor de grâu și lucernă

LISTA FIGURILOR

INTRODUCERE

PARTEA I – CONSIDERAȚII GENERALE

CAPITOLUL 1 – STADIUL ACTUAL AL CERCETĂRILOR PE PLAN

NATIONAL ȘI INTERNATIONAL

Stadiul cercetărilor pe plan național

Începând din 1962, la ICCPT Fundulea au fost reluate și dezvoltate cercetările privind rizosfera, cercetări inițiate de Hulpoi (1936), care a prezentat date privind rizosfera ovăzului și lupinului. Cercetările întreprinse în perioada 1962-1968 (Ștefănic, 1965, Ștefănic și Jarnea, 1965) au confirmat că microflora din rizosferă (din zona soluli influențată de rădăcini) depățețte de câteva sute de ori ca număr populația din edafosferă (din solul aflat în afara rădăcinilor). (Analele Institutului Național de Cercetare-dezvoltare Agricolă Fundulea, 1957-2007)

Au fost efectuate cercetări privind influența fertilizării și amestecului de Onobrichis viciifolia Scop. și Bromus inermis Leiss. asupra microflorei solului. Scopul acestui studiu a fost de a analiza și compara activitatea microbiologică a solului ocupat de două tipuri de pajiști temporare, sub influența fertilizării cu un produs neconvențional (Vinasse Rompak), cu îngrășăminte organice și chimice.

Rezultatele obținute în perioada de experimentare permit unele observații cu caracter general asupra activității biologice globale din solurile ocupate cu pajiști temporare și în mod special asupra prezenței și dinamicii bacteriilor și micromicetelor:

Observațiile efectuate au evidențiat o foarte bună activitate a fixatorilor de azot, aerobi și anaerobi, care trăiesc liber în sol și care completează activitatea bacteriilor din nodozitățile leguminoaselor.

Dintre cele două amestecuri folosite la înființarea pajiștilor, activitatea microbiană cea mai intensă s-a înregistrat la varianta nefertilizată, fertilizată cu gunoi de grajd 30 t/ha și la varianta fertilizată cu Vinassa 5 t/ha, pentru amestecul Onobrychis viciifolia 70% + Bromus inermis 30%, iar pentru varianta fertilizată cu N200P100 kg/ha la amestecul Onobrychis viciifolia 20% + Bromus inermis 80%.

Activitatea microbiană a prezentat o creștere semnificativă pentru ambele amestecuri folosite la însămânțare la toate variantele fertilizate comparativ cu varianta martor nefertilizată.

În cazul ambelor amestecuri, Onobrychis viciifolia 20% + Bromus inermis 80% și Onobrychis viciifolia 70% + Bromus inermis 30%, numărul cel mai mare de microorganisme s-a înregistrat la varianta fertilizată cu N200P100 kg/ha.

La ambele experiențe s-a consemnat o scădere a numărului de genuri de ciuperci identificate, în cazul variantelor în care s-au aplicat îngrășăminte, comparativ cu martorul nefertilizat.

Pentru toate variantele avute în studiu, din spectrul de micromicete izolate frecvența cea mai ridicată a avut-o genul Penicillium urmat la mare distanță de genurile Fusarium, Aspergillus, Trichoderma și Rhizopus. (E. ULEA, F. D. LIPȘA, N. IRIMIA, G. M. BĂLAU, 2009) http://www.revagrois.ro/PDF/2008_2_132.pdf

Tulpinile rizobacteriene influențează procesele de creștere și dezvoltare al plantelor, astfel s-au facut cercetări la plante de soia ( Glycine max L.)

Efectul pe care îl exercită rădăcinile plantelor de soia asupra microorganismelor rizosferice a fost apreciat pe parcursul mai multor faze ale dezvoltării ontogenetice care includ dezvoltarea vegetativă, înflorirea și fructificarea.

Studiile microbiotei rizosferice au demonstrat prezența, în rizosfera plantelor de soia, a unei populații bacteriene relativ diversificate din punct de vedere morfologic, reprezentată predominant prin bacili sporulați și nesporulați, dar si prin coci (7,69 %) și cocobacili (15,38 %).

În general, bacteriile care se dezvoltă pe rădăcinile plantelor de soia utilizează cu precădere ca surse de carbon glucidele simple: monozaharide – în special galactoză și xiloză (92,3 %), dizaharide – maltoză și lactoză (92,3 %) și mai puțin alcoolii (glicerol – 23,07 %, sorbitol – 69,23 %). Acest comportament poate fi explicat prin compoziția exudatului radicular (bogat în galactoză, xiloză, maltoză, glucoză), precum și prin extraordinara capacitate de adaptare a bacteriilor la nutrienții disponibili în această regiune a solului (Lynch, 1990).

Mai bine de jumătate (53,84 %) din tulpinile izolate din rizosfera plantelor de soia au dovedit capacitate de solubilizare a fosforului anorganic. Prezența în număr mare de bacterii cu potențial solubilizator în rizosfera plantelor de soia poate fi corelată cu faptul că fosforul favorizează fortificarea plantelor și formarea nodozităților la soia, stimulând totodată dezvoltarea bacteriilor fixatoare de azot (Muntean și colab., 2003).

Prezența pe suprafața rădăcinilor plantelor de soia a numeroase nodozități active fixatoare de azot la momentul recoltării probelor de sol rizosferic constituie o dovadă în plus a influențelor benefice, directe și indirecte pe care microorganismele din rizosferă și rizoplan le exercită asupra plantelor precum și a interrelațiilor complexe care apar între microorganismele rizosferice (Gutiérrez-Mañero, Ramos-Solano et al., 2001). ( Ștefan Marius, 2007 – 2010)

Rolul microorganismelor în nutriția plantelor

Bacteriile amonificatoare, nitrificatoare, fosforobacteriile, sulfobacteriile, ferobacteriile și altele, prin activitatea lor în sol, contribuie la transformarea substanțelor în forme accesibile pentru plante. Atât din punct de vedere științific, cât și practic, este necesar să se admită că în natură există corelații „naturale între sistemele radiculare ale tuturor speciilor de plante și organismele din sol, proprii fiecărei specii sau grupe de specii de plante”.

Microorganismele acestea sunt legate printr-o necesitate vitală de rădăcinile plantelor, de secrețiile sistemului radicular. La rândul lui, sistemul radicular este legat de aceste microorganisme, care, datorită enzimelor, transformă diferite substanțe minerale și organice sub formă ușor asimilabilă de către plantă. Produsele de metabolism ale microorganismelor care trăiesc în rizosferă iau parte într-o oarecare măsură la procesul de nutriție a plantelor. O parte a produselor de metabolism ale unor microorganisme servesc în nutriția altor microorganisme.

Cu cât în sol se creează condiții pentru o activitate mai intensă a microflorei utile, cu atât plantele au la dispoziție cantități mai mari de substanțe nutritive. Materia organică hidrocarbonată din sol constituie, pentru majoritatea organismelor – cu excepția unora, ca de exemplu bacteriile nitrificatoare – substratul din care acestea își iau energia necesară pentru procesele lor vitale. (Victor Vătămanu, 2012). http://www.agrimedia.ro/5/post/2012/10/rolul-microorganismelor-in-nutritia-plantelor.html

La Institutul de Microbiologie și Biotehnologie al Academiei de Științe a Moldovei s-au studiat bacterii din rizosfera porumbului cu însușiri de stimulare a proceselor de creștere și productivitate.

Sarcina de bază a științelor biologice și agronomice este sporirea și îmbunătățirea calității producției agricole. Un rol important în realizarea acestei probleme le revine microorganismelor din sol și în special celor din zona de rizosferă și rizoplană a plantelor, care reprezintă cea mai activă parte a oricărei biocenoze și, care efectuează multe procese inaccesibile pentru alte microorganisme.

Având în vedere că în condițiile agriculturii intensive solul este supus presingului antropogen destul de pronunțat provocat de către mai mulți factori, printre care și întroducerea în sol a pesticidelor în doze sporite, devine clară necesitatea micșorării dozelor respective sau înlocuirea lor cu alte remedii ecologic pure. În acest scop ar putea fi folosite unele microorganisme cu habitat în condiții de sol și în special în zonele de rizosferă-rizoplană și parțial în filosfera plantelor, sau metaboliții produși de ele, procedeu ce ar stimula procesele de creștere și dezvoltare la plante, astfel devenind posibilă ocrotirea mediului ambiant. Înafară de partea nocivă a problemei în acest mod ar putea fi rezolvată și cea economică deoarece preparatele produse pe bază de microorganisme sunt mai puțin costisitoare.

În calitate de obiecte pentru investigații au servit microorganismele izolate din zonele de rizosferă și rizoplană a plantelor de porumb.

Izolarea bacteriilor din sol s-a început prin cultivarea lor pe medii nutritive speciale recomandate științific pentru astfel de cazuri (geloză cu conținut de fasole, mediile nutritive Eșbi, King B, geloza peptonată etc). Coloniile pure, ce prezentau interes pentru cercetările ulterioare erau trecute în eprubete cu mediu nutritiv steril și păstrate în continuare în condiții de frigider la temperatura de + 4 – 5 oC. Pentru investigații au fost folosite bacteriile cu o creștere bună (abundentă), care se cultivau ulterior pe medii nutritive lichide în condiții de agitare permanentă pe parcursul a 6-8 zile. Suspensia de celule obținută era apoi folosită pentru determinarea capacității germinative a semințelor, a masei brute și uscate a plantulelor. În acest scop suspensiile obținute prin agitare erau diluate în proporție de 1:300, 1:500, 1:1000.

Prin datele obținute în această experiență s-a stabilit că bacteriile testate au însușirea de a stimula productivitatea la plantulele de porumb atât în ceea ce ține de masa brută cât și cea uscată. (L. Onofraș, V. Todiraș).

Microflora solului a fost studiată și din punct de vedere agrofitotehnic. Scopul cercetărilor este sporirea și îmbunătățirea calității producției agricole. Un rol important în realizarea acestei probleme le revine microorganismelor din sol și în special celor din zona de rizosferă și rizoplană a plantelor, care reprezintă cea mai activă parte a oricărei biocenoze și, care efectuează multe procese inaccesibile pentru alte microorganisme.

Având în vedere că în condițiile agriculturii intensive solul este supus presingului antropogen destul de pronunțat provocat de către mai mulți factori, printre care și întroducerea în sol a pesticidelor în doze sporite, devine clară necesitatea micșorării dozelor respective sau înlocuirea lor cu alte remedii ecologic pure. În acest scop ar putea fi folosite unele microorganisme cu habitat în condiții de sol și în special în zonele de rizosferă-rizoplană și parțial în filosfera plantelor, sau metaboliții produși de ele, procedeu ce ar stimula procesele de creștere și dezvoltare la plante, astfel devenind posibilă ocrotirea mediului ambiant. Înafară de partea nocivă a problemei în acest mod ar putea fi rezolvată și cea economică deoarece preparatele produse pe bază de microorganisme sunt mai puțin costisitoare.

În calitate de obiecte pentru investigații au servit microorganismele izolate din zonele de rizosferă și rizoplană a plantelor de porumb.

Izolarea bacteriilor din sol s-a început prin cultivarea lor pe medii nutritive speciale recomandate științific pentru astfel de cazuri (geloză cu conținut de fasole, mediile nutritive Eșbi, King B, geloza peptonată etc). Coloniile pure, ce prezentau interes pentru cercetările ulterioare erau trecute în eprubete cu mediu nutritiv steril și păstrate în continuare în condiții de frigider la temperatura de + 4 – 5 oC. Pentru investigații au fost folosite bacteriile cu o creștere bună (abundentă), care se cultivau ulterior pe medii nutritive lichide în condiții de agitare permanentă pe parcursul a 6-8 zile. Suspensia de celule obținută era apoi folosită pentru determinarea capacității germinative a semințelor, a masei brute și uscate a plantulelor. În acest scop suspensiile obținute prin agitare erau diluate în proporție de 1:300, 1:500, 1:1000.

Prin datele obținute în această experiență s-a stabilit că bacteriile testate au însușirea de a stimula productivitatea la plantulele de porumb atât în ceea ce ține de masa brută cât și cea uscată. (L. Onofraș, V. Todiraș).

Microflora solului a fost studiată și din punct de vedere agrofitotehnic. Scopul cercetărilor efectuate a fost stabilirea modificării stării biologice a solului, a structurii sistematice a microflorei acestuia, reprezentată prin bacterii, actinomicete și ciuperci, precum și urmărirea proceselor biologice ce se petrec în sol sub influența îngrășămintelor minerale și organice în condițiile cultivării a diferite plante agricole.

Îngrășămintele minerale combinate cu îngrășăminte organice au avut o influență evident pozitivă asupra activității enzimatice. Se observă variația activității enzimatice din sol în cursul unei perioade de vegetație a plantei. În general, la începutul perioadei de vegetație (sfârșitul primăverii, începutul verii) enzimele din sol au dovedit o activitate superioară față de perioada de vară (iulie – august) pentru ca în toamnă să înregistreze din nou o creștere, variație determinată de mai mulți factori ca: temperatură, precipitații, planta cultivată, precum și de dezvoltarea microorganismelor din sol.

Activitatea enzimelor din sol s-a urmărit în raport cu dinamica substanțelor ușor asimilabile. Rezultatele obținute dovedesc că, conținutul în humus, capacitatea de nitrificare și de amonificare prezintă curbe de creștere și descreștere asemănătoare cu dinamica activității enzimelor. S-a ajuns la concluzia că varianta la care s-a aplicat gunoi de grajd prezintă valori maxime atât la nitrificare cât și în activitatea enzimelor, în timp ce la celelalte variante activitatea maximă este în iunie.

Îngrășămintele minerale au o acțiune puțin favorabilă asupra capacității de amonificare comparativ cu îngrășămintele organo-minerale. Activitatea de amonificare este mai intensă pentru toate variantele în luna iunie, mai scazută în luna iulie, după care urmează o ușoară creștere. La variantele numai cu îngrășăminte minerale descreșterea se prelungește până în luna august.

Conținutul în humus s-a dovedit mai ridicat la începutul perioadei de vegetație, înregistrând scăderi pe măsura creșterii și dezvoltării plantelor, iar către sfârșitul perioadei de vegetație avînd loc o stagnare sau o ușoară creștere.

Analiza stării biologice a solului arată o variație în funcție de faza de vegetație a plantei și mai puțin de agrofond. Conținutul total în bacterii la variantele studiate înregistrează o creștere în primăvară, urmată de o depresiune în timpul verii, după care în toamnă se observă din nou o tendință de creștere a acestora.

Variația numerică a bacteriilor diferă în funcție de planta de cultură. Astfel, la grâu se observă o dezvoltare uniformă, cu excepția perioadei de primăvară când are loc o ușoară stimulare, în timp ce la porumb dezvoltarea maximă a acestei grupe de microorganisme are loc în lunile de vară.

Acțiunea îngrășămintelor asupra dinamicii numărului total de ciuperci microscopice diferă la cele două plante de cultură. La grâu, atât în monocultură cât și în roatație cu porumb, se remarcă o influență favorabilă a paielor în asociație cu îngrășămintele minerale în tot cursul vegetației plantei, la porumb, la nici o variantă nu se observă vreo influență constantă a îngășămintelor asupra numărului total al ciupercilor din sol. Comună atât pentru cultura de grâu cât și pentru cea de porumb este stimularea slabă a numărului de ciuperci din sol în toate variantele îngrășate la sfârșitul perioadei de vegetație.

În concluzie, îngrășămintele minerale singure sau în combinație cu cele organice influnțează diferit activitatea diferitelor enzime din sol precum și procesele de nitrificare și amonificare și conținutul în humus al solului. Activiatatea proceselor enzimatice din sol poartă un caracter sezonier fiind active primăvara și toamna și mai puțin active vara.

Biogenitatea solului este slab influențată de îngrășăminte, iar curba dinamicii sezoniere a diferitelor grupe fiziologice de microorganisme nu corespunde cu sensul curbei densității întregii microflore. Echilibrul biologic al solului depinde mai mult de plantele de cultură, succesiunea acestora și perioada de timp decât de natura și doza de îngrășăminte folosite.

Modificarea structurii taxonomice a microflorei solului, sub influența fertilizanților minerali sau organici, se reduce la stimularea unor specii sau genuri microbiene, la modificarea raporturilor procentuale ale acestora.

Plantele de cultură cât și succesiunea acestora pe același sol influențează evident structura sistematică a microflorei. În scopul cultivat cu porumb a fost pusă în evidență o varietate mai mare de forme microbiene decât în solul cultivat cu grâu. (L. Niță, Ortansa Vîntu, Irina Balinschi, Rodica Grosu, Rodica Niculescu, 1966).

1.2 Stadiul actual al certărilor pe plan internațional

Încă din anul 1895, pebaza unor observații experimentale, Caron presupune că bacteriile din sol ar putea avea efect pozitiv asupra plantelor de cultură și că plantele, la rândul lor, au o influență favorabilă asupra comunităților microbiene din sol.

Hiltner în anul 1904 și apoi Stoklasa în anul 1926 (cit. Eliade, 1983) au confirmat că rădăcinile plantelor au o influență specifică asupra microorganismelor din sol și că anumite bacterii din rizosferă sunt absolut indispensabile creșterii și dezvoltării plantelor. Hiltner este primul care definește rizosfera ca zona de sol din jurul rădăcinilor plantelor aflată sub influența directă a acestora. De asemenea, enunță ipoteza că exudatele plantelor determină o anumită structură a comunităților microbiene din rizosferă.

Cunoașterea rizosferei plantelor ca mediu deosebit de favorabil pentru înmulțirea microorganismelor s-a realizat în mod lent în primul sfert al secolului XX.

Thom și Smith (cit. de Eliade, 1983) caracterizează rizosfera drept regiunea din sol care conține rădăcinile unei plante și microorganismele care le insoțesc.

În 1926 Perroti (cit. de Eliade, 1983) consideră că rizosfera are o limită exterioară pe care a numit-o edafosferă și o limită internă denumită histosferă.

După 1929 cercetările asupra rizosferei plantelor s-au intensificat, acordându-se o atenție deosebită micropopulației solului. Astfel, cercetările întreprinse de Starkey (cit. de Ștefanic, 1974) referitoare la rizosferă atestă cu fermitate observațiile lui Hiltner și cele ale lui Stoklasa.

Cercetările întreprinse de Lochhead (1939) în domeniul structurii microbiologice a rizosferei demonstrează că în jurul rădăcinilor există un echilibru între diferitele grupe de bacterii.

Berezova (1950) și apoi Daste (1958) definesc rizosfera apropiată și rizosfera în sens larg în încercările lor de a delimita cât mai corect zona de influență a rădăcinii.

Încercând să stabilească relația dintre influența microbiotei rizosferice ți dezvoltarea ontogenetică a plantelor, Riviere demonstrează în 1960 că efectul de rizosferă la grâu se intensifică pe durata creșterii vegetative și diminuează treptat în intensitate pe parcursul fazelor de reproducere și maturare.

Analizând probele de sol prelevate de la diferite distanțe față de rădăcină și chiar de la suprafața acesteia, Clark obține în 1965 date care demonstrează influența favorabilă pe care o are sistemul radicular asupra bacteriilor.

Neal și colaboratorii (cit. de Davet, 1996) arată, prin studiile efectuate în 1973 pe grâul de primăvară, că structura microbiotei rizosferice este influențată și controlată în mod direct de genomul plantei.

În 1979 Wallstein, Bruening și Bollen (cit. de Zarnea 1994) descriu pentru prima dată existența unei structuri periradiculare pe care o denumesc rizotecă. Ulterior, Peacock și Duell – 1985 (cit. de Atlas și Bartha, 1998) reiau cercetările în acest domeniu, considerând rizoteaca drept o extensie a rizosferei.

Prin studiile efectuate în 1980, Kloepper șu colaboratorii subliniază efectele stimulatoare ale bacteriilor rizosferice asupra creșterii plantelor, obținând un spor de producție la cartof de până la 17 %.

Suslow și Schroth emit pentru prima oară ipoteza că microbionta rizosferică exercită și efecte negative asupra creșterii plantelor. Astfel, în 1982, ei demonstrează că bacteriile izolate de pe rădăcinile de sfeclă de zahăr inoculate pe plante în condiții controlate, determină o inhibare a dezvoltarii sistemului radicular care prezintă o biomasă ma mică cu 48 % în raportul cu martorul.

Kloepper introduce în 1989 termenul de „Plant Growth Promoting Rhizobacteria” sau PGPR pentru a defini acele bacterii izolate din rizosferă care pot stimula, prin diferite mecanisme, creșterea și dezvoltarea plantelor.

Odată cu dezvoltarea unor ramuri moderne ale biologiei (genetică, biologie moleculară, biofizică etc.) volumul cunoștințelor legate de fenomenele care se petrec la nivelul rizosferei a crescut considerabil. De asemenea, la o permanentă diversificare a direcțiilor de cercetare abordate.

Lemanceau și Alabouvette (1993), ulterior Gutierrez și colaboratorii (1996), susțin ideea utilizării PGPR ca biofertilizatori, această aplicație practcă fiind cea mai promițătoare biotehnologie menită să crească producția primară în condițiile utilizării unor cantități minime de fertilizatori chimici.

În ultimii ani asistăm la o creștere a interesului față de utilizarea microorganismelor rizosferice în scopul bioremedierii unor medii contaminate cu diverse substanțe poluante. Pornind de la ideea că rizosfera constituie o zonă cu o activitate microbiană intensă și de la observațiile care atestă degradarea pesticidelor la nivelul rădăcinilor plantelor, Anderson, Coats și colaboratorii (1994) demonstrează capacitatea microorganismelor rizosferice de a degrada diverși compuși chimici poluanți: surfacatanți, reziduuri petroliere, hidrocarburi policiclice aromatice (PAHs), pentaclorofenol, tricloroetilen etc.

În 1996, Arshad și Frankenberger demonstrează fără dubiu că la nivelul rizosferei, microorganismele colonizatoare sunt capabile să stimuleze creșterea plantelor direct, prin producerea de fitohormoni.

Alte mecanisme prin care rizobacteriile exercită efecte benefice asupra plantelor sunt descifrate în 1997 de către De Freitas și colaboratorii care demonstrează capacitatea unor bacterii de a solubiliza compușii insolubili cu fosfor, pe care îi transformă în forme ușor asimilabile de către plantă.

Kloepper (1999) demonstrează capacitatea microbiotei rizosferice de a induce plantei o rezistență sistemică la patogenii prezenți în sol.

Utilizând tehnici de genetică moleculară (amplificarea și secvențierea 16 S rARN), Kozdroj și van Elsas (200), ulterior Zinniel (2002, cit. de Varma, 2004) realizează prima caracterizare genetică a microbiotei rizosferice.

Bazele moleculare ale colonizării suprafețelor radiculare cu microorganisme sunt revizuite prin studiile efectuate în 2001 de Lugtenberg și colaboratorii.

În 2002 este introdus în studiul rizosferei microscopul electronic cu baleiaj în scopul descifrării mai exacte a interacțiunilor dintre microorganisme și rădăcini. Astfel, Lagopodi propune utilizarea in situ a unor markeri fluorescenți în scopul localizării mai exacte a bacteriilor ce colonizează rădăcinile plantelor.

Datorită importanței teoretice dar mai ales a implicațiilor practice incontestabile în domenii ca agricultură, bioremediere, industrie farmaceutică etc., studiul interacținilor dintre microorganisme și rădăcinile plantelor cunoaște în prezent un avans deosebit, reunind domenii de vârf ale biologiei moderne.

Accentul este pus în momentul de față pe investigații la nivel molecular privind capacitatea rizobacteriilor de a produce o serie de substanțe biologice active. Astfel, Ongena și Jacques (2007) descriu importanța rizobacteriilor în scopul obținerii de lipopeptide utilizate în combaterea biologică a patogenilor, în stimularea colonizării suprafețelor radiculare și în inducerea rezistenței sistemice a plantelor la diferite boli. (Marius Ștefan, 2008)

În Serbia în 2012, s-au efectuat cercetări cu privire la dinamica numărului de microorganisme si activitatea hidrogenazelor din rizosfera porumbului în monocultură.

Activitatea microbiană joacă un rol important în reglarea fertilității solului. Procesele microbiologice din sol au fost măsurate folosind o serie de parametri, cum ar fi biomasa microbiană, respirația și activitățile enzimatice. Activitatea enzimelor este esentială în mineralizarea si transformarea carbonului organic în nutrient pentru plante. Scopul acestui studiu a fost să cerceteze dinamica dintre numărul de microorganisme și activitatea dehidrogenazei din rizosfera de porumb în monocultură. Probele luate în studiu au fost: varianta martor – porumb în monocultură fără îngrășământ sau îngrășământ organic; NPK + îngrășământ organic – porumb în monocultură cu aplicarea de îngrășământ organic și mineral; NPK + resturi vegetale – porumb în monocultură cu încorporarea în sol a resturilor vegetale și a îngrășămintelor minerale. Numărul de microorganisme a fost determinat prin metoda diluției într-un mediu selectiv agarizat. Numărul total de microorganisme a fost determinat prin metoda diluției a solului agarizat și de numărul amoniferelor în mediul MPA. Mediu fără nitrogen a fost folosit pentru a determina bacteria liberă fixatoare de azot si metoda de picaturi fertile pentru Azotobacter. Actinomicetele au fost determinate pe un mediu sintetic. Numărul de bacterii P-mobilizatoare a fost făcut în agar de glucoză-asparagină și numărul de microorganisme celuloice în mediu Waksman-Carey. Activitatea dehidrogenazei a fost determinată prin metoda spectrofotometrica. Cel mai mare număr de azotobacter si fungi a fost obtinut pe variant NPK. Cel mai mare numar de bacterii celulozice si actinomicete a fost pe varianta cu îngrășământ organic + NPK si resturi vegetale + NPK.

Microorganismele din sol au fost recunoscute pentu rolul lor important în descompunerea residuurilor solurilor, ciclul nutrienților si producerea de culturi. Înțelegerea mișcării microorganismelor, structura, comunitarea si compoziția în urma fertilizarii pe termen lung, organic și anorganic ar putea duce la descoperirea unor mai bune practici de management pentru agroecosisteme. Activitatea microbiană joacă un rol important în reglarea fertiliății solulului. Toate procesle microbiene care au loc în sol sunt la baza multor funcții ecologice din moment ce activitatea microbiană e în legatură cu structura solului, fertilitatea solului si transformarea materiei organice din sol. Procesele microbioligice în sol au fost măsurate folosind câțiva parametri, cum ar fi: biomasa microbiană, respirația și activitățile enzimatice. Activitatea enzimei este esențială în mineralizarea si transformarea carbonului organic în nutrienți pentru plante.

Cel mai mare numar de Azotobacter și fungi a fost obtinut pe variant NPK. Cel mai mare numar de bacterii celulolitice si Actinomycete a fost pe variant îngrășământ organic + NPK și resturi vegetale + NPK. (Natasjia Mrkovacki, Ivica Dalovic, Dorde Jockovic, 2012)

1.3 Semnificația microorganismelor din rizosferă

Sarcina de bază a științelor biologice și agronomice este sporirea și îmbunătățirea calității producției agricole.

Un rol important în realizarea acestei probleme le revine microorganismelor din sol și în special celor din zona de rizosferă și rizoplană a plantelor, care reprezintă cea mai activă parte a oricărei biocenoze și, care efectuează multe procese inaccesibile pentru alte microorganisme.

Având în vedere că în condițiile agriculturii intensive solul este supus presingului antropogen destul de pronunțat provocat de către mai mulți factori, printre care și întroducerea în sol a pesticidelor în doze sporite, devine clară necesitatea micșorării dozelor respective sau înlocuirea lor cu alte remedii ecologic pure. În acest scop ar putea fi folosite unele microorganisme cu habitat în condiții de sol și în special în zonele de rizosferă-rizoplană și parțial în filosfera plantelor, sau metaboliții produși de ele, procedeu ce ar stimula procesele de creștere și dezvoltare la plante, astfel devenind posibilă ocrotirea mediului ambiant. Înafară de partea nocivă a problemei în acest mod ar putea fi rezolvată și cea economică deoarece preparatele produse pe bază de microorganisme sunt mai puțin costisitoare.

Există publicații științifice conform cărora utilizarea preparatelor microbiene produse pe bază de bacterii stimulatoare îmbunătățește nutriția plantelor cu substanțe ecologic pure, stimulează creșterea lor, esențial sporește recolta, totodată îmbunătățindu-se calitatea ei. Pentru producerea preparatelor respective este necesară evidențierea și selecția tulpinilor de microorganisme posesoare ale capacității de stimulare a proceselor de creștere și dezvoltare ,

capabile, totodată, să supraviețuiască în condiții de sol.

CAPITOLUL 2 – CARACTERIZAREA CONDIȚIILOR GEOGRAFICE ALE ZONEI

2.1 Poziția geografică și situația social-economică

Stațiunea Didactică a Universității de Științe Agricole și Medicină Veterinară din Iași este o unitate cu funcționalitate multiplă, care asigură baza tehnico – materială necesară pentru integrarea cercetărilor agricole cu producția. Funcționând pe principiul gestiunii economice interne, unitatea este organizată pe sectoare de producție și servicii. Ferma Ezăreni aparține Stațiunii Didactice a U.S.A.M.V. Iași și se află situată la 2,5 km S-V de orașul Iași, în extremitatea sud-vestică a Câmpiei Moldovei, cunoscută sub denumirea de “Câmpia Jijiei inferioare și Bahluiului”.

Din punct de vedere al așezării geografice, ferma Ezăreni se încadrează între coordonatele 47ᵒ5 – 47ᵒ10’ latitudine nordică și 27ᵒ28’- 27ᵒ33’ longitudine estică. Relieful Câmpiei Moldovei are un aspect larg vălurat, cu interfluvii colinare și deluroase, sub formă de platouri joase. Formele au contururi domoale, cu înclinări prelungi către S și SE, având doar câte o coastă mai abruptă spre N și NV, iar văile sunt largi.

2.2 Geomorfologia și hidrologia zonei

Din punct de vedere structural, Câmpia Moldovei face parte din vechea Platformă Moldovenească care nu este altceva decât o prelungire a Platformei Ruse pe teritoriul țării noastre. Această platformă cuprinde un etaj inferior, precambian, constituit din roci cristaline cimentate și un etaj superior, de cuvertură, care cuprinde depozite sedimentare, având grosimea mai mare de 100 m. Etajul superior, denumit și fundament, a suferit o serie de scufundări și ridicări repetate în decursul erelor geologice, devenind, rând pe rând, fund de mare sau regiune cu teren uscat. Aceste fenomene tectonice au favorizat, pe de o parte, fenomenul de depozitare, creând stratul de cuvertură, gros de peste 100 m, iar pe de altă parte, unele fenomene de modelare a cuverturii sub acțiunea numeroșilor factori externi. Datorită retragerilor și înaintării mării de pe acest teritoriu, depozitele de cuvertură ale etajului superior au dobândit în componența lor ca predominante argilele și marnele, cu unele intercalări de nisipuri și unele orizonturi subțiri de gresii slab cimentate.

Rețeaua hidrologică este reprezentată prin câteva forme depresionare care constituie trasee de concentrare a scurgerilor de suprafață în urma ploilor mari sau la topirea zăpezilor. Pârâul Ezăreni, afluent al pârâului Nicolina, este cel mai important curs de apă cu debitul nepermanent, datorită regimului hidrologic torențial, acesta este regularizat prin două bazine de acumulare.

Apele de suprafață provin din ploi și zăpezi, iar pe terenurile cu panta mai mare de 8% curg cu viteză spre căile apropiate, antrenând mari cantități de pământ din stratul fertil de la suprafață. Turbiditatea apelor este foarte ridicată, peste 300 mg/l în perioadele de viitură iar mineralizarea între 100 și 150 mg/l.

2.3 Principalele caracteristici ale climei

2.3.1 Regimul termic

Zona geografică a Iașului se caracterizează printr-un climat temperat, cu particularități determinate de influența climatului stepei rusești.Ferma Ezăreni face parte din provincia climatică Dfbx (după clasificarea lui Koppen), sau (după Clima României), caracterizată prin climă boreală, cu ierni friguroase și geroase, cu temperatura celei mai reci luni sub –33ᵒC și temperatura celei mai calde luni de 25-27ᵒC. Indicele de ariditate “de Martone” are valori între 26-30, corespunzător condițiilor climatice din silvostepă, care se datorează influenței anticiclonului azoric.

2.3.2 Regimul pluviometric

Valoarea medie a precipitațiilor anuale cu asigurarea de 80 % este de peste 380 – 480 mm, iar în 50 % din cazuri cantitatea anuală de precipitații depășește 500 mm. Cea mai mare parte a precipitațiilor cad sub forma de ploi, cu excepția intervalului decembrie – martie când de obicei, se prezintă sub formă de lapoviță sau ninsoare.

Un fenomen periculos care se întâlnește este grindina care cade în timpul verii și provoacă pagube foare mari prin micșorarea densității plantelor. De asemenea, plantele lovite de grindină sunt expuse atacului de boli și dăunători.

Umuditatea relativă a aerului variază de la 82 %, în luna decembrie, până la 62 % în luna aprilie, mai și iuli, media multianuală fiind de 70 %.

2.3 Alte elemente climatice: lumina, nebulozitatea, vânturile

Durata de strălucire a soarelui este de circa 2000 – 2150 ore pe an. Lunile cu cea mai lungă strălucire sunt: iulie, august, iunie. Durata cea mai redusă de strălucire a soarelui se înregistrează în lunile: noiembrie, decembrie și ianuarie.

Nebulozitatea medie este de 6 ore, cu amplitudine medie anuală de 3 – 5 ore. Nebulozitate mică o au lunile: iunie și iulie, cea mai mare valoare a nebulozității înregistrându-se în lunile de iarnă.

Regimul eolian este dominat de mișcarea maselor de aer de la NV și N și de la SE primăvara și vara.

Un număr de 43,9 zile din an prezintă vânt a cărui viteză depășește 14 m/s și 4,7 zile cu vânt a cărui viteză are cel puțin 22 m/s. Cea mai mare viteză a fost atinsă în 1966, 40 m/s.

2.3.4 Solul

Tipurile de sol formate pe teritoriul fermei Ezăreni sub acțiunea complexă a factorilor pedogenetici sunt: cernoziomul cambic, solul aluvial molic și lăcoviștile salinizate.

Cernoziomul cambic s-a format sub vegetație naturală, reprezentată prin asociații ierboase bine dezvoltate, presărată din loc în loc cu arbuști și subarbuști.

Solul are un conținut mijlociu de humus (2,79 %) o reacție neutră, slab alcalină (pH = 7,2-8,4), un conținut mediu de azot (0,198-100 g sol) este foarte slab aprovizionat în fosfor mobil (1,2g/ 100g sol) și mijlociu aprovizionat în potasiu (11,7g / 100g sol).

2.3.5 Flora spontană din zonă

Din punct de vedere geobotanic teritoriul fermei se încadrează în formațiunea floristică de silvostepă situată la zona de contact dintre limita nordică a bazinului păduros din Podișul Moldovei cu Câmpia Jijiei și Bahluiului. Acest fapt explică prezența unor elemente specifice stepei și silvostepei, caracterizate printr-o vegetație ierboasă xeromezofilă completată de prezența unor păduri de stejar.

Pe versanții înclinați și însoriți se întâlnesc asociații în care specia dominantă este Festuca valesiaca, însoțită de alte specii xerofile și xeromezofile reprezentate prin Stipa capillata, Stipa lessingiana, Agropyron pectiniforme, Medicago falcata, Medicago lupulina. Pe versanții slab înclinați, cu regim mai favorabil de apă se întâlnesc asociații de Festuca pseudovina, însoțită de speciile Lotus corniculatus și Artemisia pectiniforme, Lolium perenne, Poa pratensis, Trifolium repens cu valori furajere destul de ridicate. Vegetația ruderală este reprezentată de speciile Cardus achatoides, Cardus mutans și Erzingium planum.

În culturi, cele mai frecvente buruieni sunt: Setaria glauca, Sinapsis arvensis, Convolvulus arvensis, Capsella bursa pastoris și Amarantus retroflexus.

2.3.6 Concluzii asupra cadrului natural

Ferma Ezăreni se află într-o zonă cu climat temperat continental moderat, caracterizat prin ierni friguroase și umede, veri călduroase, vânturi ce bat neregulat și precipitații repartizate neuniform pe parcursul perioadei de vegetație. Brumele și înghețurile pot apărea primăvara până la 13 mai, iar toamna după 15 septembrie. Tipul de sol predominant este cernoziomul, format pe depozite loessoide, fertil și favorabil pentru culturile agricole din zonă.

CAPITOLUL 3 – MICROFLORA SOLULUI

3.1 Răspândirea microorganismelor în sol

În sol se află un număr mare de microorganisme, dar și macroorganisme, precum și rădăcini și alte organe subterane. Microorganismele totalizează de la circa o 100 de mii la câteva miliarde la fiecare gram de sol. În această comunitate de ființe vii se stabilesc relații foarte diverse: conviețuiesc, se succed (metabioză), se sprijină reciproc (simbioză) sau unele parazitează pe altele.

Solul poate influența prin însușirile lui fizice și chimice răspândirea și activitatea organismelor care îl populează. Astfel, în unele soluri se acumulează elemente care au acțiune toxică atunci când depășesc o anumită concentrație, deci o acțiune directă, sau care modifică alte însușiri ale solului, astfel încât acesta devine un mediu nefavorabil pentru microorganisme. Un bun exempu în acest sens îl oferă sărăturile, unde acumularea de ioni toxici este însoțită de o creștere uneori foarte mare a alcalinității (pH=10), de o compactizare a structurii, ca urmare a dispersării coloizilor de natură argiloasă, și de o sucțiune osmotică uneori foarte crescută. Rezistența diferitelor specii față de săruri este foarte variată. Printre bacteriile importante care prezintă o rezistență relativ crescută față de sare se află și genurile Azotobacter și Clostridium, fixatoare libere de azot. Dar prezența lor în condiții de sărătură nu poate fi interpretată ca favorabilă în sensul îmbogățirii acestora în azot, întrucât s-a constatat că fixarea N de către aceste bacterii scade foarte mult sau încetează la nivele de concentrație în săruri mult mai joase decât limita de toleranță (Rankow, citat de Dommergues și Mangenot, 1970).

Alte elemente care pot influența negativ anumite microorganisme sunt Al și Mn, primul foarte toxic pentru Azotobacter, dar fără acțiune asupra unui alt fixator liber de azot, răspândit în solurile acide tropicale (Beijerinckia), cel de al doilea împiedicând nodularea leguminoaselor în soluri acide. În ambele cazuri amendarea cu CaCO3 duce la îndepărtare efectului toxic.

Compoziția atmosferei din sol are de asemenea o importanță mare pentru procesele microbiologice. Astfel, prezența O2 în cantități suficiente permite desfășurarea proceselor aerobe. În aceste condiții substanțele organice sunt oxidate până la un nivel mult mai înaintat decât în condițiile de anaerobioză. Raportul dintre apă și aer din sol reglementează procese importante, cum ar fi nitrificarea (Hulpoi ș.a. 1966). Când conținutul de O2 al solului este moderat, se găsesc favorizate unele procese microaerofile, ca fixarea azotului de către Azotobacter, humificarea și înnobilarea azotului (Dommergues și Mangenot, 1970).

Fiecare din factorii fizico-chimici prezintă corelații cu activitățile microbiologice. Desigur, gama de adaptări ale microorganismelor la acești factori este extrem de mare. Astfel, față de diferitele temperaturi din natură există microorganisme și activități adaptate la condiții speciale. Se cunosc microorganisme psihrofile, ale căror temperaturi optime sunt situate sub 20̊ C, capabile însă să se dezvolte în optimum la temperaturi cuprinse între 20-40 ̊ C, și microorganisme termofile, a căror dezvoltare optimă are loc la temperaturi superioare celei de 45 ̊ C. Din acest ultim grup fac parte bacteriile care se dezvoltă în cazul fermentațiilor, care degajă cantități mari de căldură, așa cum se întâmplă în cazul unui gunoi de grajd a cărui umiditate este prea scăzută și cu o aerisire insuficientă.

Printre factorii foarte importanți care influențează răspândirea și activitatea microorganismelor sunt și cei legați de dimensiunile particulelor minerale și ale stării lor de agregare, adică de textură și de structură.

Existența unei zonalități a condițiilor ecologice, reprezentată prin zonalitatea solurilor și a vegetației de plante superioare, este reflectată și în răspândirea anumitor microorganisme. Astfel s-a constatat unele particularități în repartiția ecologo-geografică a unor microorganisme, ca de exemplu predominanța genului de ciuperci Aspergillus în solurile din regiunile mai calde, tropicale și a genului Penicillium în solurile și în regiunile temperate. De asemenea, în regiunile cu climă rece și umedă se găsesc în număr crescut ciuperci din clasa Phycomycetes. În regiunile calde, bacteria fixatoare de azot Azotobacter chroococcum se întâlnește numai în soluri relativ neutre sau alcaline, umede și bine aprovizionate cu calciu și fosfor, în timp ce în solurile acide, bogate în fier, funcția de fixare a azotului este îndeplinită de specii ale genului Beijerinckia.

3.2 Bacteriile

Bacteriile sunt printre cele mai mici și mai numeroase microorganisme care trăiesc liber în sol. Ele desfășoară o activitate multiplă în sol. Astfel, participă la descompunerea substanțelor organice, la circuitul azotului, carbonului și a altor elemente și favorizează o parte de reacții chimice (organice și anorganice) care au un profund efect asupra creșterii plantelor.

Corpul lor este format dintr-o singură celulă de dimensiunile particulelor coloidale, indivizii cei mai mari rareori depășind 0,005 mm în diametru.

Numărul bacteriilor în sol variază foarte mult deoarece, pe de o parte, creșterea lor este influențată de mulți factori, iar pe de altă parte, ele se pot înmulți foarte repede. Din fiecare individ se formează altul în mai puțin de 20 de minute. Numărul lor scade , de asemenea repede când condițiile din sol devin nefavorabile. Cea mai mică populație se găsește în solurile nisipoase, pietroase, podzoluri, iar cea mai numeroasă în solurile fertile, cernoziomuri, la care pentru perioade scurte se pot afla chiar până la 10 miliarde de indivizi la un gram de sol.

După modul cum iși procură energia necesară proceselor vitale, bacteriile se clasifică în: heterotrofe și autotrofe.

Bacteriile heterotrofe își obțin energia din descompunerea substanțelor organice complexe. Aici se încadrează majoritatea bacteriilor din sol. Unele dintre ele sunt fixatoare de azot (Rhizobium sp. – bacterie simbiotică, Azotobacter chorococcum – bacterie aerobă, Clostridium pasteurianum – bacterie anaerobă)

Bacteriile autotrofe își obțin energia din oxidarea compușilor minerali simpli cu carbon sau a altor compuși anorganici. Ele asimilează carbonul din bioxidul de carbon din aer, iar azotul și alte elemente, din compușii anorganici. În această grupă se încadrează bacteriile care oxidează amoniacul (Nitrosomonas), nitriții (Nitrobacter), sulful (Thiobacillus thiooxidans),fierul și copușii acestuia.

Numeroase bacterii supraviețuiesc condițiilor vitrege de secetă sau de temperaturi extreme sub formă de spori. Când condițiile de mediu devin favorabile, sporii se transformă în forme active, vegetative.

Răspândirea bacteriilor este influențată și de prezența rădăcinilor plantelor. Acestea prin secrețiile lor sau prin părțile desprinse de pe învelișul scoarței, ca urmare a reînnoirii permanente a acesteia, servesc ca material energetic pentru microorganisme și determină înmulțirea bacteriilor din rizosferă.

Factorii care condiționează activitatea bacteriilor.

Hrana. Lipsa de hrană sau de sursă accesibilă pentru energie este factorul limitativ principal. De aceea, orice adaos de material energetic proaspăt determină intensificarea activității bacteriilor. Activitatea bacteriilor poate fi limitată de insuficiența unuia sau a mai multor elemente nutritive esențiale. Acest fenomen se constată mai ales în procesul descompunerii hidraților de carbon sau a resturilor organice cu un raport mare C/N. Adaosul de elemente minerale în procesul descompunerii (azot, fosfor, sulf s.a.) stimulează activitatea microbiologică.

În descompunerea resturilor bogate în hidrați de carbon elementul principal solicitat de bacterii este azotul. Majoritatea resturilor organice conțin peste 1,5% N ceea ce satisface cerințele bacteriilor. În procesul descompunerii substanțelor sărace în azot, cum sunt paiele, cocenii (care conțin circa 0,5% N) bacteriile își procură azotul din sol. În asemenea situații, adaosul de îngrășăminte cu azot este obligatorie.

Umiditatea solului. Pentru majoritatea organismelor din sol, umiditatea optimă este cuprinsă între 50 și 80% din capacitatea de câmp fiind aproape aceeași ca și pentru plantele superioare (Millar).

Majoritatea microorganismelor sunt rezistente la uscăciune și nu pier când solul este uscat la aer. Ca urmare, după umezire fenomene ca: nitrificarea, amonificarea, fixarea azotului pe cale nesimbiotică, oxidarea sulfului se reiau rapid.

Aerul. Compoziția aerului din sol este foarte variabilă și ca urmare determină mari variații în dinamica microflorei solului. În cazul precipitațiilor sau irigațiilor cu norme mari de apă, se pot forma bariere care împiedică temporar schimbul de aer. Aerul închis în spațiul poros poate constitui o rezervă de oxigen necesar proceselor biochimice pentru o perioadă de 3-7 zile.

Temperatura. Majoritatea bacteriilor, întâlnesc cele mai favorabile condiții de activitate la temperaturi cuprinse între 25-35 ̊ C, dar pentru unele, acest interval poate fi cuprins între 10-40 ̊ C.

În condiții de câmp, temperaturile prea ridicate, foarte rar pot să apară ca factor limitativ. Temperaturi neobișnuit de mari se pot realiza numai în solul de la suprafață și necultivat. Dar, în asemenea situații, factorul limitativ al activității bacteriene este lipsa apei.

Activitatea bacteriană se micșorează treptat cu scăderea temperaturii, încat aproape de 0 ̊ C ea este foarte redusă. O consecință negativă a acestui fenomen se constată la începutul primăverii când, datorită activității reduse a microorganismelor, solul este sărac în elemente nutritive accesibile plantelor și ca urmare acestea suferă. De aceea, este pe deplin justificată aplicarea îngrășămintelor ușor solubile la sfârșitul perioadei de iarnă și începutul primăverii.

Reacția solului. În condiții obișnuite, bacteriile își desfășoară activitatea în intervalul de pH = 4-10, optimum fiind neutru-ușor alcalin. Dar cerințele bacteriilor diferă. Astfel, pentru unele ca factor limitativ aciditatea, pentru altele alcalinitatea.

Aciditatea mare împiedică activitatea bacteriilor simbiotice și a celor nitrificatoare. Se consideră că în general grupele de bacterii folositoare solicită aceași reacție a solului, ca și majoritatea plantelor superioare.

Factorii biotici. Majoritatea microorganismelor din sol exercită unele asupra altora un efect pronunțat. În unele situații relațiile biotice pot fi favorabile, dar deseori activitatea unora stopează dezvoltarea altora sau le obligă să treacă în stare de viață latentă. Alteori activitățile lor se succed.

Una din cauzele coexistenței mai multor specii de microorganisme în sol, poate fi specializarea pentru hrană. În același habitat pot coexista un număr mare de nișe ecologice. De exemplu, în rizosferă, unde abundă substanțele energetice (secreții, exfolieri de pe suprafața rădăcinilor, etc.), mai multe specii de microorganisme acționează simultan pe materiale diferite, ele fiind în raporturi de concurență.

3.3 Actinomicetele

3.3.1 Activitatea biochimică a actinomicetelor

Aceste microorganisme sunt importante, îndeosebi prin proprietățile fiziologice deosebite. Ele sunt microorganisme heterotrofe și desfășoară o activitate însemnată în descompunerea celor mai variate substanțe organice din sol. Cel mai ușor sunt atacați hidrații de carbon simpli, apoi hemiceluloza și la urmă celuloza. Acționează asupra substanțelor organice prin enzimele pe care le produc: xilanaza pentru descompunerea hemicelulozei, pectinaza pentru pectină, keratinaza pentru keratină, chitinaza pentru chitină.

În procesul de descompunere de către microorganisme, deci și de către actinomicete, compușii cu carbon sunt parțial transformați în acizi humici. Primele procese în formarea acizilor humici sunt condiționate de activitatea microorganismelor.

Unele actinomicete cum sunt streptomicetele, dar mai ales Nocardia, folosesc acidul oxalic din resturile de plante ca sursă de carbon și de energie îndeplinind astfel un rol important în detoxifierea solului.

Câteva actinomicete sunt patogene. De exemplu, Streptomyces scabies produce râia cartofului, iar Streptomyces ipomea produce viroza sau putregaiul moale la cartoful dulce.

Actinomicetele produc foarte multe vitamine, pigmenți și antibiotice în cantități mari. De exemplu, vitamina B12 este produsă de Streptomyces griseus, S. Olivaceus și S. aurefaciens.

Cantitatea de antibiotice formată în sol este mică și foarte greu poate fi pusă în evidență. Cu toate acestea antibioticele produse exercită un efect inhibitor local pentru multe ciuperci, precum și asupra unor nematozi care sunt atrași în jurul actinomicetelor de către produsele lor metabolice.

În concluzie, actinomicetele au un mare rol în menținerea fertilității și sănătății solului. Activitatea lor poate fi sporită prin lucrări de aerație, îngrășăminte, rotația culturilor, aplicarea de amendamente.

3.4 Fungii

Ciupercile reprezintă microflora solului cu cele mai mari dimensiuni. Ele sunt organisme heterotrofe, fiind lipsite de clorofilă și obligate să-și obțină energia și carbonul din substanțele organice complexe.

Ciupercile din sol aparțin la numeroase genuri, mai răspândite fiind: Penicillium, Fusarium, Mucor, Aspergillus, Achyla, Mortierella, Pythium, ș.a. numărul de ciuperci din sol variază de la câteva mii până la circa 1 milion/g sol, ceea ce echivalează cu aproximativ 800-1400 kg/ha, pe stratul arabil de 18 cm (Millar). Deși mai puțin numeroase decât bacteriile, ciupercile formează o masă mai mare datorită faptului că miceliul lor este mult mai mare decât celula bacteriană.

Ciupercile din sol participă la descompunerea materiei organice, de la substanțele ușor degradabile (zaharuri, amidon, proteine), până la cele mai rezistente, cum sunt celuloza, lignina, rășina. În procesul descompunerii, pe măsura modificărilor straturilor energetice și deci a microhabitatelor, se succed și grupele de ciuperci. La început sporesc numeric ficomicetele (Mucor și Rhisopus), care descompun, în special amidonul și zaharurile. Se înmulțesc apoi Penicillium și Aspergillus, Cytofaga, Celvibrio, Cellfociculla, concomitent cu pierderi de celuloză și hemiceluloză, iar mai târziu sporesc Bazidiomicetele care participă la descompunerea ligninei.

Ciupercile din sol pot fi parazite, saprofite sau simbiotice. Ciupercile saprofite își procură energia din materia organică în descompunere. Ciupercile simbiotice trăiesc pe rădăcinile unor plante, arbori de pădure, pomi roditori, plante din familia orhidee, graminee. Această asociere ciupercă-rădăcini este numită micoriză și de pe urma ei beneficiază atât plantele cât și ciupercile.

Ciupercile din sol contribuie la formarea de agregate structurale de sol. Prin miceliul lor foarte ramificat, format din numeroase filamente ele grupează și unesc particulele și microagregatele de sol.

Ciupercile sunt microorganisme strict aerobe. Unele însă rezistă și la tensiuni reduse de oxigen. Cea mai bună dezvoltare a ciupercilor are loc în medii cu reacție neutră, dar suportă mai bine decât alte microorganisme valorile scăzute ale pH-ului și de aceea, în lipsă de concurență, se dezvoltă mai bine în solurile acide ( Eliade, Ghinea, Ștefanic, 1975).

3.5 Algele

Algele sunt plante microscopice, care, deși sunt de regulă acvatice, se întâlnesc aproape în toate solurile. Ele posedă clorofilă și deci folosesc energia solară pentru a-și sintetiza materia organică. Deoarece dezvoltarea lor depinde de lumină, se află de regulă la suprafața sau către suprafața solului. Se observă cazuri când solul unui câmp lucrat este verde datorită algelor care se dezvoltă în abundență. În lipsa luminii, se comportă ca și ciupercile folosind energia care rezultă din descompunerea substanțelor organice ușor accesibile. Ca formă și mărime sunt foarte diferite, dar de regulă speciile care se găsesc în sol sunt microscopice și au o structură unicelulară și filamentoasă.

Algele sunt răspâmdite îndeosebi la suprafața solului și de aceea este foarte dificil a separa exact efectele umidității, luminii și temperaturii asupra lor. Ele formează cele mai numeroase populații în solurile umde și aerate. Expuse la aer uscat pier; rămân vii când sunt acoperite cu sol, chiar cu un conținut scăzut de umiditate.

Sunt rezistente la temperaturi foarte variate.

Reacția optimă este cea neutră sau ușor alcalină.

Pentru nutriție, algele au nevoie de carbon, azot, fosfor, siliciu și alte elemente. De aceea solurile fertile, bogate în fosfați și nitrați sunt bogate în alge. Adaosul de gunoi de grajd proaspăt împiedică creșterea algelor, probabil datorită creșterii excesive a altor microorganisme.

Algele, după moarte, îmbogățesc solul în masă organică ce poate fi ușor descompusă de către alte microorganisme sau poate folosi ca bază pentru acumularea humusului din sol. Celulele vii de alge îmbogățesc aerul din sol în oxigen, rezultat în procesul de fotosinteză, ele având nutriție autotrofă.

S-a dovedit că algele stabilesc relații cu diverse microorganisme, cu efecte favorabile. De exemplu, simbioza dintre unele alge și Azotobacter ceea ce are ca urmare fixarea unei cantități mai mari de azot decât cea fixată izolat de către ambele organisme.

Algele favorizează creșterea unor ciuperci. Acestea își procură unele substanțe necesare cum este thiamina sau compușii ei din mediul în care se află algele. La o dezvoltare excesivă a ciupercilor, miceliul lor acoperă algele care nemaiavând suficientă lumină, mor.

3.6 Protozoarele

Protozoarele solului sunt organisme animale unicelulare, cu celula alcătuită din citoplasmă și nucleu, la care se adaugă anumite organite (diferențieri plasmatice) către exteriorul celulei, care pot fi flageli ca la cele numite flagelate, sau cili ca la cele denumite ciliate. Asemenea organite le ajută la deplasări. Se găsesc în special în stratul de sol de la suprafață, gros de 15-20 cm, variind numeric de la câteva mii până la un milion de protozoare la 1 g de sol, mai în adâncime numărul lor scăzând. Literatura menționează că în solul de la Rothamsthed s-au găsit circa 70500 flagelate/g, 1400 amoebae/g și 377 ciliate/g de sol. Cu toate acestea, biomasa ciliatelor o poate ajunge sau depăși uneori pe cea a flagelatelor din cauză că diametrul corpului lor este în medie de 20 micrometri, în timp ce al flagelatelor este de 4 ori mai mic.

Se dezvoltă în toate solurile și se răspândesc prin apă, vânt și prin animale. În condiții de uscăciune și temperatură scăzută trec în forme de rezistență și anabioză. Se dezvoltă mai intens pe medii alcaline cu mult humus și cu materie organică ușor biodegradabilă. Protozoarele se hrănesc cu bacterii din sol pe care le digeră, efectele fiind pozitive sau negative funcție de ceea ce consumă, uneori exercitând rol de stimulare microorganică.

Multe flagelate sunt adaptate la consumul de compuși organici din peliculele de apă de pe particulele de sol sau rădăcini. În fine altele descompun anumite substanțe organice.

3.7 Interrelațiile dintre diferitele grupe de microorganisme din sol

În cursul etapelor care alcătuiesc descompunerea materie organice, între organismele care participă la această descompunere se stabileste o serie de relații sinergice sau antagonice, care constituie și ele factori determinanți ai alcătuirii calitative în spațiu și ai succesiunii în timp a populațiilor implicate.

Se deosebesc trei tipuri de relații favorabile (comensalismul, protocooperarea și simbioza) și patru tipuri de relații antagonice (competiția, amensalismul, parazitismul și predatorismul) (Alexander, 1968).

Comensalismul constă, din crearea de către un microorganism a unui mediu favorabil dezvoltării altuia, fie prin elaborarea de factori de creștere, vitamine sau metaboliți care pot servi ca sursă nutritivă altui organism, fie prin îndepărtarea unor factori nocivi sau inhibanți. Astfel, microorganismele facultativ anaerobe consumă oxigenul din mediu, facându-l acceptabil pentru microorganismele obligat anaerobe. Un alt exemplu îl oferă acela al frunzelor de stejar, care nu sunt consumate de râme până ce conținutul lor în polifenoli și acizii galic și protocatehuic nu este mult micșorat prin descompunerea microbiană (Heath, King, 1964). Anumite microorganisme aparținând unor specii pretențioase nu se pot dezvolta decât după ce în prealabil alte specii au sintetizat anumiți factori de creștere indispensabili, pe care primele specii citate nu sunt capabile să-i sintetizeze.

Protocooperarea este o asociere trecătoare între microorganisme care profită reciproc de activitatea partenerului. Astfel, bacteriile celulolitice descompun celuloza folosind compușii azotați rezultați din activitatea bacteriilor fixatoare de azot, care folosesc la rândul lor produșii de descompunere ai celulozei ca sursă de carbon, ei înșiși fiind incapabili de a hidroliza celuloza.

Simbioza reprezintă asocierea cea ma strânsă din punct de vedere biochimic între două organisme determinate, care profită reciproc, dar care se și limitează reciproc, întrucât, în general, simbioza este un parazitism ale cărui efecte dăunătoare sunt evitate. Exemplul tipic este reprezentat prin simbioza leguminoaselor cu bacteriile fixatoare de azot din genul Rhizobium.

Competiția este rivalitatea între două specii în lupta unui factor limitativ al mediului, specia mai slabă fiind de obicei eliminată. În această rivalitate viteza de creștere este adeseori o armă foarte importantă pentru ocupare a cât mai numeroase microhabitate în care există factorul limitativ.

Amensalismul constă în eliminarea unui microorganism concurent prin substanțe toxice sintetizate de către un alt microorganism.

Parazitismul, dezvoltarea unui microorganism agresor pe seama celulelor vii ale altui organism, este de asemenea un fenomen destul de bine reprezentat în sol.

Bacterii aparținând genului Bdellovibrio, capabile să pătrundă în corpul altor bacterii gazdă, aparținând în general genului Pseudomonas, pe care le lizează (Stolp, 1968). De asemenea, se pot cita virusurile parazite pe bacterii și actinomicete, cunoscute sub denumirea de bacteriofagi și actinofagi.

Predatorismul presupune consumarea unui organism de către altul, care este în plus capabil să desfășoare o activitate de prindere a unei prăzi mobile. În această categorie intră relațiile a numeroși reprezentanți ai faunei, de la protozoarele care se hrănesc cu bacterii până la reprezentanți carnivori ai meiofaunei.

PARTEA A II-A CONTRIBUȚII PROPRII

CAPITOLUL 4 – IMPORTANȚA ȘI SCOPUL STUDIERII TEMEI

4.1 Importanța temei

Conform dicționarului explicativ al limbii romane, rizosfera reprezintă stratul de pământ, de obicei până la 1 sau 2 m adâncime, în care se găsesc rădăcinile plantelor, zona în care și numărul de microorganisme care au legături funcționale cu planta este foarte ridicat.

Rădăcinile plantelor constituie medii favorabile pentru creșterea microorganismelor ale căror populații numeroase și diferite se găsesc pe și în jurul acestora. Interacțiunile dintre microorganismele din sol și rădăcinile plantei satisfac necesități nutritive importante atât pentru plantă cât și pentru microorganismele asociate (Brown, 1974, cit. de Limm, 1998). Aceasta se demonstrează prin numărul mare de microorganisme găsite în rizoplan și în rizosferă (Alcamo, 2003).

În rizosfera fiecărei specii de plante se dezvoltă o microfloră specifică, cu rol deosebit de important în nutriția plantei.

După o definiție fiziologică, rizosfera ar fi regiunea din solul periradicular în care se resimt efectele substanțelor exudate de plantă, care realizează așa numitul efect de rizosferă (Zarnea, 1994).

4.2 Scopul studierii temei

Ținând cont de importanța economică a microbiontei rizosferice, în prezent cercetările sunt orientate spre o mai bună înțelegere a interrelațiilor care se stabilesc între plante și microorganisme.

Studiul microorganismelor care se dezvoltă pe suprafața și în apropierea rădăcinilor, precum și al relațiilor care se stabilesc între microorganisme și plantă prezintă o importanță teoretică și aplicativă deosebită. Interacțiunile dintre rădăcinile plantelor și microorganisme satisfac importante nevoi nutritive ale ambilor părți. Ele sunt bazate în mare parte pe modificările interactive ale solului, modificări determinate de procese ca preluarea de apă de către plantă, eliberarea în sol de către microorganisme a unor factori de creștere, preluarea nutrienților minerali de către plante.

Microorganismele rizosferice favorizează creșterea și dezvoltarea plantelor prin stimularea absorbției, stimularea fixării azotului atmosferic.

Tema lucrării a fost o provocare pentru mine, deoarece informațiile pe care le aveam până în momentul începerii studiilor erau de ordin general, iar prin studiile efectuate am încercat o aprofundare a cunoștințelor legate de rizosfera unor plante de cultură (grâu și lucernă), puțin studiată în țara noastră. În această lucrare sunt prezentate rezultatele studiilor cu privire la cum influențează plantele de cultură microorganismele din rizosferă.

CAPITOLUL 5 – MATERIALUL ȘI METODA DE CERCETARE

5.1 Materialul de analizat

5.1.1 Prelevarea probelor

Prelevarea probelor de sol s-a realizat în diagonala parcelei (suprafața parcelei < 1 ha), cu ajutorul unei spatule metalice de la o adâncime de 10 cm, respectând condițiile clasice de asepsie. Înainte de prelevarea efectivă se va curăța solul pe o adâncime de 2-3 cm pentru a elimina resturile organice (paie, coceni, rădăcini, frunze, etc). Solul astfel prelevat se va pune în pungi de hârtie și se etichetează.

5.1.2 Analize de laborator

Efectuarea diluțiilor de sol

Din probele recoltate s-au efectuat diluții succesive, în apă sterilă, utilizând un coeficient de diluție în rata lui 10 (diluții 10-1, 10-2, 10-3, 10-4, 10-5, 10-6). Prin această tehnică se obțin o serie de diluții în care numărul de germeni scade în progresie aritmetică. Pentru prepararea acestor diluții, apa sterilizată la 120 ºC timp de 30 minute s-a repartizat în eprubete sterile de 30 ml capacitate, câte 9 ml în fiecare eprubetă. S-a cântărit un g de sol pe o sticlă de ceas sterilă și s-a introdus în prima eprubetă de diluție. După o agitare energică timp de 5 minute, fără a umecta dopul eprubetei, s-a obținut prima diluție de 10-1 (1/10). Din această diluție se ia cu o pipetă sterilă, 1 ml suspensie și se transferă în altă eprubetă cu 9 ml apă sterilă, obținându-se diluția 1/100 (10-2). În același mod s-au obținut și celelalte diluții: 10-3, 10-4, 10-5, 10-6.

Fig. 5.1. Pregătirea eprubetelor necesare pentru efectuarea diluțiilor

Însămânțarea în plăci Petri

Din diluțiile obținute s-au făcut însămânțări, în condiții de asepsie, introducând câte 1 ml de suspensie din fiecare diluție în câte o placă Petri. Peste inoculul din placa Petri s-au turnat circa 15 ml din mediul PDA având o temperatură de 4 oC, pentru ca agarul să fie fluid și mediul sa nu distrugă microorganismele inoculate. S-a efectuat o distribuire uniformă a inoculului în mediu prin rotire ușoară a plăcilor. Ulterior, plăcile au fost lăsate în repaus și mediul s-a întărit. Pentru fiecare diluție s-au însămânțat în plăci Petri, ulterior calculându-se o medie a numărului de colonii.

Fig. 5.2. Însămânțarea plăcilor Petri

Pentru creșterea și dezvoltarea microorganismelor din sol s-a utilizat mediul PDA (cartof-dextroză-agar) atât în variantă clasică, cât și în amestec cu streptomicină (35 mg/l) și roz bengal (33 mg/l).

Pentru obținerea mediului PDA avem nevoie de următoarele ingrediente: 200 g cartofi, 20 g dextroză, 15 g agar și 1000 ml apă distilată. Cartofii spălați, curățați de coajă se taie în cuburi cu latura de 0,5 cm și se fierb timp de o oră. În final, se pasează și se strecoară printr-o sită sau tifon. Se adaugă celelalte componente și se amestecă până se dizolvă. (Ovidiu Constantinescu, 1974)

Se completează până la un litru cu apă distilată și se sterilizează 20 minute la 120 oC, în Autoclav.

În cazul mediului cu roz bengal se adaugă 33 ml/l înainte de sterilizare, iar streptomicina 35 ml/l se adaugă după sterilizare la temperatura mediului de aproximativ 50 oC.

Streptomicina este cunoscută din literatura de specialitate ca având rol în inhibarea dezvoltarii bacteriilor Gram negative, ceea ce dă posibilitatea dezvoltării speciilor Gram pozitive și a actinomicetelor.

Roz bengalul inhibă dezvoltarea bacteriilor Gram pozitive și Gram negative, ceea ce permite determinarea numărului de micromicete la gramul de sol.

Plăcile însămânțate au fost incubate la termostat la temperatura de 28 oC timp de 24 ore pentru determinarea numărului coloniilor de bacterii și 5 zile pentru cele de micromicete. Plăcile Petri s-au incubat cu capacul în jos pentru ca excesul de lichid din condens să nu atingă și să unească coloniile formate.

După incubare la termostat, coloniile se numără cu ochiul liber, iar în cazul unor densități mai ridicate cu ajutorul plăcilor Funne Geber.

Fig. 5.3. Peste inocul s-a turnat mediu de cultură

Determinarea numărului de bacterii și micromicete din sol

Cu ajutorul plăcilor Funne Geber s-au numărat coloniile de bacterii de pe întreaga suprafață a vasului Petri. Numărătoarea este valabilă dacă în placă sunt între 20 și 250 de colonii. Pentru calcularea numărului de colonii pe întreaga suprafață a plăcii s-a înmulțit numărul mediu determinat pe un cm cu suprafața plăcii în cm . pentru a determina numărul de bacterri dintr-un g de sol, se înmultește numărul coloniilor dintr-o placă Petri cu valoarea inversă a diluției respective. Rezultatul numărătorii se raportează la diluția finală, iar rezultatul final se exprimă în unități formatoare de colonii (UFC) la 1 g de sol.

Determinarea numărului de micromicete din sol s-a realizat după 5 zile din plăcile Petri cu mediu PDA și roz bengal.

Determinarea numărului total de microorganisme dintr-un gram de sol s-a realizat prin însumarea numărului de bacterii și a numărului de micromicete. (E. Ulea, F.D. Lipșa, 2012)

Capitolul 6 – Rezultate obținute

Materialul biologic utilizat

Studiile privind influența plantelor de cultură asupra microorganismelor din rizosferă, s-au efectuat la două plante de cultură, cu importanță economică ridicată: grâu (Triticum spp.) și lucernă (Medicago spp).

Grâu (Triticum spp)

Grâul este una dintre cele mai vechi plante de cultură, fiind cultivată de om în Orientul Mijlociu cu circa 10-12 mii de ani î.Hr.

Grâul este cereala cea mai importantă, ca urmare a întrebuințării multiple. Principala întrebuințare o are grâul în fabricarea pâinii, alimentul de bază a peste jumătate din populația globului. Pâinea de grâu este foarte valoroasă, datorită conținutului ridicat de proteine și a digestibilității mari pe care o are, fiind mai gustoasă decât cea obținută din alte cereale.

Grâul se utilizează în hrana oamenilor și sub formă de paste făinoase, macaroane, spaghete, fidea, tăiței etc., al căror consum se mărește pe întreaga lume pe an ce trece.

Grâul aparține ordinului Graminalis, familia Gramineae (Poaceae), genul Triticum L. care cuprinde numeroase specii, subspecii, varietăți și soiuri.

În compoziția boabelor de grâu predomină în cea mai mare parte substanțele extractive neazotate, substanțele proteice și apa, într-un procent mai mic găsindu-se substanțele grase, substanțele minerale, vitaminele, enzimele și alte substanțe.

http://www.albumdefamilie.ro/poze/grau-verde-9085/#

Fig. 6.1. Plante de Triticum spp.

Lucerna (Medicago spp)

Lucerna este o plantă ierboasă care poate atinge 1 m înălțime. Rădăcinile plantei ating o adâncime de peste 4,5 m, această caracterstică permite plantelor să supraviețuiască în perioadele de secetă. Ca și celelate leguminoase la fel și lucerna are la rădăcină nodozități, unde trăiesc bacterii fixatoare de azot cu care planta trăiește în simbioză. Florile plantei sunt polenizate după un studiu din Suedia în 78 % de bondari și numai 1 % de albine. De acea în Scandinavia se cultivă lucerna în regiunile unde trăiesc bondari. Planta conține un procent ridicat de proteină, fiind folosită ca nutreț, pentru însilozare, sau ca uscată ca fân. Ea este o plantă perenă, care atinge o vârstă de 4 până la 12 ani, în Germania o cultură de lucernă este folosită 2-3 ani. În funcție de sol și regiunile climatice, lucerna poate asigura o canitate de 10 t de fân la hectar. Pentru a obține recolte mai mulți ani la rând din aceași cultură, se recomandă o dată pe an, recoltarea lucernei după perioada înfloritului. http://ro.wikipedia.org/wiki/Lucern%C4%83

http://jurnalul.ro/viata-sanatoasa/terapii-complementare/energizant-suc-de-lucerna-551582.html

Fig. 6.2. Plante de Medicago spp.

Activitatea biologică din rizosfera plantelor de grâu și lucerna, cultivate la ferma Ezăreni, din cadrul Universității de Științeee Agricole și Medicină Veterinară „Ion Ionescu de la Brad” Iași, a fost determinată prin identificarea microorganismelor pe gramul de sol. Se observă o mare variabilitate a numărului de microorganisme care își desfășoară activitatea în zona rizosferică.

Rezultatele obținute arată că, activitatea biologică este mai intensă în rizosfera plantelor de grâu, totalul de microorganisme pe gramul de sol este de 9820000, iar la lucernă 1940000 microorganisme pe gramul de sol.

Activitatea biologică din rizosfera plantelor de grâu și lucernă

Tabelul 1

Raportul dintre microorganisme prezintă mari diferențe, astfel ciupercile din rizosfera plantelor de grâu reprezintă 2%, iar bacteriile 98%, din care bacteriile G- se găsesc în procent de 55%, fiind cele care predomină, iar bacteriile G+ 43%.

Fig. 6.3.Spectrul microorganismelor din rizosfera plantelor de Triticum spp.

În urma rezultatelor obținute la lucernă, bacteriile reprezintă ponderea cea mai mare, 97%, din care bacteriile G- 91% , iar bacteriile G+ 6%.

Ciupercile reprezintă doar 3% din activitatea microbiană rizosferică la lucernă.

Fig. 6.4. Spectrul microorganismelor din rizosfera plantelor de Medicago spp.

Analiza spectrelor micromicetelor care activează în rizosfera plantelor de grâu și lucernă, evidențiază mici diferențe procentuale între genurile de micromicete, astfel la grâu micromicetele reprezintă 2%, comparativ cu lucerna, unde întâlnim micromicetele în procent de 3%.

O altă diferență între cele 2 specii se întâlnește la nivelul genurilor de ciuperci, rizosfera plantelor de lucernă este mai numeroasă din acest punct de vedere.

La grâu specia care predomină este Penicillium (75,7%), urmată la mare diferență de genurile: Fusarium (9,3%), Rhizopus (7,5%), Trichoderma (3,7%), Aspergillus (2,8%) și Mucor (0,9%).

În rizosfera plantelor de lucernă specia care predomină este aceeași ca și la grâu, și anume Penicillium (60%), urmată de Aspergillius (21,5%), Fusarium (10,3%), Mucor (3,1%), Trichoderma (2,1%), Rhizopus (1,5%), iar genurile Nigrospora (1%) și Alternaria (0,5%) se întâlnesc doar la lucernă.

Capitolul 7 – Caracterizarea genurilor identificate în laborator

7.1 Alternaria spp.

Genul Alternaria face parte din regnul Fungi, încrengătura Eumycotina, subîncrengătura Deuteromycotina, clasa Hypomycetes, ordinul Moniliales, familia Dematiaceae.

Coloniile sunt mari, cenușii la începutul dezvoltării lor, apoi devin progresiv din ce în ce mai închise, până la cenușiu-negricios, cu aspect catifelat, reversul coloniei fiind pigmentat în brun-negru. Se dezvoltă rapid la 25° C, diametrul coloniei depășind 3-5 cm în 7 zile.

Conidioforii sunt macronematoși, morfologic foarte diferiți de hifele vegetative din care pornesc, sau macronematoși, solitari sau cespitoși, distincți unii de alții sau în fascicule, de obicei erecți, simpli sau ramificați. Conidioforii primari sunt subcilindrici, de lungimi variabile, de obicei cu unul sau mai multe septe transversale, cu o mică dilatare a apexului conidiogen. Conidioforii secundari sunt neramificați sau cu una sau rar mai multe ramificații laterale. Conidioforii și celulele conidiogene proliferează simpodial, dând un aspect geniculat.

Septarea conidiilor se face prin pereți transversali, longitudinali sau oblici, dând caracterul muriform al conidiilor. Conidiile proliferează în lanțuri sau catene acropetale, variabile ca lungime, ramificate în diverse moduri.

Forma conidiilor este variabilă pornind de la variantele ovate sau obclavate în diferite moduri (lung-, scurt-, rotunjit-, sau subțiri-obclavate), cu un diametru mai mare în partea inferioară a conidiei comparativ cu cea superioară, caractere care se observă chiar și la conidiile foarte tinere.

Vârful conidioforului și conidia pe care o poartă, dezvoltă, de obicei, inele pigmentate în partea proximală a pereților adiacenți cu inel de conectare dintre ele. Acest inel reține culoarea după separarea conidiei din celula conidiogenă și a fost denumit cicatrice.

7.2 Aspergillus spp.

Genul Aspergillus aparține regnului Fungi, încrengătura Eumycotina, subîncrengătura Ascomycotina, clasa Plecomycetes, ordinul Plectascales, familia Aspergillaceae.

Genul Aspergillus prezintă un miceliu bogat, pe care se formează conidiofori simpli verticali formați dintr-o celulă bazală, frecvent neseptați, care se termină cu o dilatare sferică ca o veziculă. Pe veziculă se prind fialide, direct (uniseriat) sau în verticile pe metule (biseriat) pe care se formează conidiile. Conidiile pot fi dispuse grupat în coloane sau divergente radiar. Periteciile sunt mici, cu asce rotunde, în care se găsesc până la 8 ascospori al caror epispor este scurt, spinos.

7.3 Fusarium spp.

Genul Fusarium se încadrează în regnul Fungi, încrengătura Eumycotina, subîncrengătura Deuteromycotina, clasa Hyphomycetes, ordinul Moniliales, familia Tuberculariaceae.

Acest gen grupează specii de ciuperci saprofite sau patogene care prezintă 3 tipuri de conidii: macroconidii (fialoconidii), microconidii (fialoconidii) și clamidosporii (clamidoconidii).

Sporodochiile sunt laxe, alcatuite din hife hialine sau colorate, pe care se formează conidii simpli sau ramificați, fiecare ramificație terminându-se, la anumite specii cu o conidie sau cu două sau mai multe fialide.

Miceliul este ramificat, de culoare albă în masă și pe el, dispuse în grupe pe conidiofori foarte scurți, se găsesc conidiile de formă semilunară, cu ambele capete ascuțite și cu mai mulți pereți transversali. În masă conidiile sunt roze.

În culturi pe medii agarizate, inițial pe miceliul aerian se formează conidiofori primari; ulterior apar conidiofori cu celule conidiogene sau conidiofori secundari, care se pot asocia în sporodochii. În culturi de Fusarium spp. pot exista polifialide, dezvoltate prin proliferare subapicală sau laterală, mai ales pe conidioforii aerieni. Întreaga colonie se poate transforma într-o colonie mucilaginoasă alcătuită din conidii, care poartă numele de colonie pionotică.

Macroconidiile (fialoconidiile) sunt falciforme, fusifome, hialine, septate (cu 1-9 pereți transversali, de obicei 3-5 septate) și cu importanță taxonomică pentru identificarea speciilor. Prezintă pe celula bazală un apendice celular lateral, care îi conferă un aspect pedicelat, al cărui călcâi reprezintă punctul de prindere al celulei conidiogene. Celula apicală este subțiată sau curbată, uneori cu o papilă distinctă. Conidiile se formează bazipetal din fialide și se acumulează în mase mucilaginoase.

Celulele conidiogene sunt de 3 tipuri:

fialide simple laterale sau conidiofori slab ramificați (micronematoși) care se ridică din miceliul aerian sau de pe suprafața substratului din hife nediferențiate, care produc mase mici de macroconidii cu forme variate, atipice sau apendiculate, multe asemănătoare microconidiilor;

conidiofori macronematoși, cu aspect penicilat, bine dezvoltați, care se ridică din miceliul aerian sau de pe suprafața substratului, producând mase de macroconidii de dimensiuni medii, vizibile macroscopic, mai mult sau mai puțin uniforme.

sporodochii complexe, stromatice, pe suprafața substratului generând mase mucilaginoase de macroconidii uniforme, bine dezvoltate.

Microconidiile (fialoconidiile) sunt, de obicei, mai mici, unicelulare, neseptate sau cu un sept, de forme variabile (elipsoidale, ovale, subglobuloase, piriforme, claviforme sau alantoide), cu baza rotunjită sau truncată. Conidiile sunt hialine sau brune, unicelulare sau pluricelulare diferențiate pe conidiofori, fiind produse, în serii, pe fialide sau polifialide și se acumulează în false aglomerari sau în lanțuri false.

Conidioforii sunt micronematoși, mai ales cu fialide simple, laterale sau conidiofori slab ramificați din miceliul aerian sau de pe substrat. Microconidiile sunt dispuse în aglomerări sferice sau în lanțuri și nu produc niciodată mase extinse pe sporodochii stromatice.

Clamidosporii se formează terminal sau intercalar. Adesea se formează în lanțuri. Pe medii de cultură, ei apar târziu, în culturi mai vechi, mai ales pe mediul foarte sărac din apa sterilă agarizată.

Principalele criterii taxonomice pentru identificarea speciilor de Fusarium sunt: criteriile morfologice, respectiv caracterele culturale ale coloniilor, în special al celor crescute pe medii sărace în nutrienți și caracterele conidiogenezei, morfologia și structura macro-, microconidiilor și a clamidosporilor.

Speciile de Fusarium, se mai pot identifica după caracterele mezoconidiilor. Acestea pot fi drepte sau curbate, fusiforme, lanceolate, claviforme sau falciforme cu 5 (-7) septe, cu o celulă bazală truncată, simplă, fără apendice lateral.

7.4 Nigrospora spp.

Genul Nigrospora se încadrează în regnul Fungi, încrengătura Ascomycotina, ordinul Trichosphaeriales, familia Trichosphaeriaceae.

Nigrospora creste rapid și produce colonii filamentoase pe dextroză de cartof , agar la o temperatură de 25 ° C. Coloniile se maturează în termen de 4 zile. Culoarea coloniei est albă, inițial și apoi devine gri, cu zone negre și în ultimul stadiu se transformă în negru. Sporularea poate dura mai mult de 3 săptămâni pentru unele tulpini.

Hifele sunt septate hialin, conidioforii sunt hialini sau ușor pigmentați, conidiile sunt vizualizate. Celulele conidiogene de pe conidiofori sunt umflate. Acestea poartă un singur conidiu (14-20 microni in diametru), la vârf. Conidiile sunt de culoare neagră, solitare, unicelulare, ușor aplatizate pe orizontală.

7.5 Penicillium spp.

Genul Penicillium se încadreayă în regnul Fungi, încrengătura Eumycotina, subîncrengătura Ascomycotina, clasa Plectomycetes, ordinul Plectascales, familia Aspergillaceae.

Genul Penicillium este considerat foarte divers datorită variabilității caracterelor morfologice specifice ale reprezentanților săi.

Miceliul este pluricelular și foarte ramificat. Structura reproducătoare este reprezentată de un conidiofor septat, care terminal prezintă metule, fialide (celule conidiogene) și fialospori (conidii). Metulele pot fi dispuse pe un singur nivel sau pe două nivele. Aranjarea acestor elemente este caracteristică, de aici și numele genului (lat. penicillus = smoc de peri, pensulă sau penel).

Conidioforii sunt formați din hife a căror extremitate aeriană se ramifică digitat, alcătuind verticili care seamănă în mare cu scheletul unei mâini. Conidiile pornesc în lanțuri paralele de la capatele fiecăreia dintre sterigme.

Pe conidiofor poate exista un singur punct de ramificare cu un singur mănunchi de fialide care are drept suport chiar capătul conidioforului. Acest tip de conidiofor se numește monoverticilat (subgenul Aspergilloides).

Există specii care prezintă conidiofori cu două puncte de ramificare (biverticilați).

Formarea de conidiofori monoverticilați și biverticilați este caracteristică speciilor din subgenurile Furcatum și Biverticillum. Diferențierile între cele două subgenuri se realizează ținând cont de lungimea și forma fialidelor, lungimea și numărul metulelor pe fiecare conidiofor, precum și diametrul coloniilor în mediul de cultură.

Formele complexe de conidiofori pot avea trei puncte de ramificare (terverticilați) și uneori chiar cu patru puncte de ramificare (quaterverticilați). Speciile cu astfel de conidiofori sunt incluse în subgenul Penicillium.

Fialidele de la speciile genului Penicillium au aspect de sticlă cu gâtul mai mult sau mai puțin distinct sau lanceolate.

Pentru delimitarea subsecțiilor genului Penicillium, se folosesc caractere semnalate în medii de cultură. Cu toate că pot exista multe forme intermediare, se pot distinge patru grupe de caractere culturale ale coloniilor:

colonii cu aspect catifelat;

colonii cu aspect lânos, formate din hife aeriene, sterile;

colonii cu aspect funiculos, formate din hife repente, fasciculate;

colonii fasciculate, formate din coremii sau sinemate erecte.

Aceste caractere culturale sunt dificil de determinat, deoarece se pot schimba în mediile de cultură, mai ales după mulți ani în care culturile au fost repicate în laborator.

Reversul coloniei oferă caractere de culoare care pot fi folosite drept criteriu taxonomic. De asemenea, în foarte multe cazuri, rugozitățile de pe suprafața conidioforului reprezintă un bun criteriu pentru identificare.

7.6 Rhizopus spp.

Genul Rhizopus se încadreayă în regnul Fungi, încrengătura Eumycotina, subîncrengătura Zygomycotina, clasa Zygomycetes, ordinul Mucorales, familia Mucoraceae

În mediile de cultivare, dar și pe substraturile naturale, aparatul micelian al speciilor care aparțin genului Rhizopus se dezvoltă rapid și invadant. El este puternic ramificat, neseptat, cu aspect pufos, de culoare albă cenușie, dar la maturitate, după sporulare, partea aeriană a miceliului se colorează în negru datorită sporangilor. Caracteristic pentru micromiceții acestui gen sunt rizoizii, un sistem radicular bine dezvoltat, ramificat, gros, de culoare brună, care se fixează în substrat, având rolul de a absorbi elementele nutritive.

Sporangioforii pornesc de obicei de la nivelul aparatului radicular; ei sunt drepți, simpli, neramificați, pigmentați, cu suprafața rugoasă, iar la extremitatea apicală se dilată, formând o columelă rotundă sau ovală, care reprezintă suportul material al sporangelui. Acesta este globulos și are culoarea neagră. În interiorul său se formează spori, de formă rotundă sau ovală, cu suprafața neregulată, numiți sporangiospori.

O caracteristică foarte importantă este prezența unor hife aeriene îngroșate care se numesc stoloni. Fragmente din aceste hife servesc pentru înmulțirea vegetativă.

7.7 Mucor spp.

Genul Mucor se încadreayă în regnul Fungi, încrengătura Eumycotina, subîncrengătura Zygomycotina, clasa Zygomycetes, ordinul Mucorales, familia Mucoraceae.

Cultura se dezvoltă repede, invadant. La început, coloniile sunt abia schițate și se disting sub forma unei rețele fine de filamente, care în 2-4 zile, la temperatura camerei, cresc ascendent, luxuriant. Prin confluare, ele dau naștere unor mase cu aspect pufos, de blăniță împâslită, într-o paletă coloristică dominată de culoarea albă-cenușie-gălbuie sau chiar verde-albăstruie. Aparatul vegetativ este format dintr-o masă extrem de ramificată de filamente, care predomină pe suprafața mediului de cultură sau a substratului natural.

Miceliul apare la microscop ca un conglomerat de filamente neseptate, ramificate și plurinucleate, care se fixează cu ajutorul rizoizilor. Din dreptul rizoizilor apar 3-5 hife lungi, simple sau ramificate, de obicei perpendiculare pe hifa vegetativă care se numesc sporangiofori. La extremitatea liberă a acestora se formează columela ovală sau piriformă, hialină. Terminal prezintă sporangi sferici, de culoare neagră-cenușie la maturitate, cu o membrană ornamentată, groasă, impregnată cu cristale de oxalat de calciu. La maturitatea sporangelui, în interiorul acestuia se formează sporangiospori microscopici, unicelulari, imobili, hialini sau gălbui, de formă oval-cilindrică, cu suprafața de obicei netedă. Prin ruperea sau solubilizarea membranei sporangelui și eliberarea sporangiosporilor se observă colarul. În urma înmulțirii sexuate formează zigospori de culoare brună și cu suprafața episporului verucoasă.

7.8 Trichoderma spp.

Genul Trichoderma se încadreayă în regnul Fungi, încrengătura Eumycotina, subîncrengătura Deuteromycotina, clasa Sordariomycetes, ordinul Hypocreales, familia Hypocreaceae.

Genul Trichoderma formează pe substrat colonii de culoare verde închis, Conidioforii sunt ramificați cu ramuri secundare alterne și la capetele acestora formează conidii monocelulare verzui grupate în glomerule.

CAPITOLUL 8 – CONCLUZII