Антагоністична активність рослинно-бактеріальних ассоціантов - фундаментальні дослідження

Антагоністичної активності рослинного-БАКТЕРІАЛЬНИХ ассоціантов

Алексєєва А.С. 1 Артамонова М.Н. 1 Потатуркіна-Нестерова Н.І. 1

1 ФГБОУ ВПО «Ульяновський державний університет»

Проведено порівняльне дослідження з вивчення антагоністичної дії мікроорганізмів, асоційованих з рослинами. Антагоністична активність була вивчена по відношенню до умовно-патогенних і патогенних мікроорганізмів. Встановлено, що з вивчених ізолятів антагоністичний ефект виявлений у таких мікроорганізмів, як Pseudomonas fluorescens і Bacillus subtilis. Умовно-патогенні і патогенні мікроорганізми (Staphylococcus aureus і Escherichia coli) виявляють до бактерій-ассоціантов певну чутливість, яка виражалася в пригніченні їхнього росту. Отримані результати можуть стати основою для розробки нових методів боротьби не тільки з «традиційними» облігатними фітопатогенами, але і так званими поліморфними групами грибів, що включають як сапротрофного, так і паразитичні форми, багато з яких відомі як біоразрушітелей, патогени культурних і дикорослих рослин.

6. Визначник бактерій Берджи. У 2-х Т. Т. 1: пер з англ. / Під ред. Дж. Хоулт, Н. Крига, П. сниться, Дж. Стейлі, С. Вільямса. - М. Мир. 997. - 432 с. мул.

9. Hiltner L. Uber neuere Erfahrungen und Problem auf dem Gebeit der Bodenbakteriologie und unter besonderer Berucksichtigung der Grundungung und Brache. Arb Dtsch. Landwirt. Ges., 1904,98: 59-78.

Популяції мікроорганізмів, вступаючи в складні взаємини - конкурентні або кооперативні, при заселенні різних частин органів, тканин мікроорганізму формують його специфічний «мікросімбіоценоз» [7]. При описі форм природних і штучних спільнот мікроорганізмів в літературі використовується термін «асоціації». У роботах останнього десятиліття минулого століття для опису асоціативних відносин або ектосімбіозов стали використовувати термін «асоціативний симбіоз» [8]. На думку О.В. Бухаріна, асоціативний симбіоз - це багатокомпонентна інтегральна система, що включає господаря в якості макропартнера, стабільний домінантний мікросімбіонт і асоційовані мікросімбіонти з різноспрямованими впливами, визначальними формування, стабільність існування і продуктивність симбіозу в цілому [2].

Великий інтерес для досліджень асоціативних ектосімбіозов з мікроорганізмами представляє ризосфера (вузька область грунту уздовж поверхні коренів), так як вона багато заселена мікроорганізмами, які надають полифункциональное позитивний вплив на рослини [4]. Для позначення таких бактерій використовують термін plant growth promoting rhizobacteria (PGPR). Стимулюють ріст рослин асоціативні ризобактерій впливають на фізіологічні процеси рослин, урожайність та якість рослинної продукції [5], тому вони все ширше застосовуються у вітчизняному і світовому землеробстві. Ризосфера служить їх основний екологічної нішею з найбільш сприятливими умовами [9]. У ризосферу з коренів активно надходять складні суміші легкодоступних органічних джерел енергії та вуглецю, що обумовлює її високу мікробіологічну активність і освіту відрізняються від грунтового микробоценозов специфічних ризосферних мікробних спільнот [7, 10].

На поверхні вегетативних підземних органів рослин в основному домінують грамнегативні бактерії родів Pseudomonas, Erwinia, Xanthomonas, Flavobacterium, а в ризосфері і різоплане рослин - Pseudomonas, Flavobacterium, Agrobacterium, Azospirillum [2, 4]. Механізм дії цих мікроорганізмів на фітопатогени включає конкуренцію за джерело живлення, ефективну колонізацію ризосфери, синтез антибіотичних і рістрегулюючих речовин [1]. Асоціативні мікроорганізми, які виділяють в процесі росту антибіотичні гетерогенні низькомолекулярні речовини, здатні при низьких концентраціях пригнічувати активність інших мікроорганізмів і тим самим впливати на життєдіяльність рослин [5].

Для вивчення взаємодій з корисними формами бактерій в ризосфері продуктивна концепція, згідно з якою асоціативні ризобактерій утворюють з рослиною єдину рослинно-мікробну систему з новими властивостями, детермінованими позитивним взаємодією партнерів [2]. До асоціативним запропоновано відносити види мікроорганізмів, які надають позитивний вплив на рослини, але колонізують тільки поверхні органів і / або вільні простори тканин. Асоціативні мікроорганізми живуть в зоні прямого впливу рослин, що прилягає до коріння в грунті або заселяють поверхню коренів. Ризосферні мікроорганізми формують на коренях рослин складні по таксономическому складу і структурно-функціональної організації спільноти, які надають на рослини полифункциональное вплив [4].

Механізми позитивного впливу ризобактерій на життєдіяльність рослин ділять на прямі і опосередковані. До прямих методів впливу на рослини пропонують відносити: асоціативну азотфіксацию, освіту рістстимулюючих речовин, забезпечення легкозасвоюваними формами заліза, фосфору і / або поглинання їх з грунту і доставку в рослини, формування специфічних трофічних зв'язків, зменшення рівня етилену. Непрямі методи - запобігання або зменшення росту фітопатогенних грунтових мікроорганізмів за рахунок виділення бактерицидних і антіфунгальних метаболітів [2, 9].

Однією з найважливіших проблем сучасного рослинництва є фітопатогени, не тільки «традиційні» (облігатні), але і так звані поліморфні групи грибів, що включають як сапротрофного, так і паразитичні форми, багато з яких відомі як біоразрушітелей, патогени культурних і дикорослих рослин [10] . Більшість сортів сільськогосподарських культур в середньому реалізують тільки 20-25% генетичного потенціалу продуктивності. При забезпеченні захисту від збудників хвороб, шкідників і бур'янів вони здатні формувати значно більший урожай. Середньосвітовий рівень втрат внаслідок ураження сільськогосподарських рослин фітопатогенними мікроорганізмами оцінюється в 12%. Це визначає важливість захисту рослин як одного з факторів інтенсивного рослинництва. Встановлено, що в боротьбі зі збудниками хвороб рослин можливо використовувати бактерії, що володіють антагоністичною дією по відношенню до фітопатогенів [9]. Є відомості про те, що формування ефективної рослинно-бактеріальної асоціації визначається не тільки кількістю виділяються рослиною в ризосферні простір розчинних органічних сполук (ексудатів), але і їх якісним складом, що впливає на приживлюваність і розмноження штаму в ризосфері. З цієї причини можна говорити про відносну приуроченности штамів PGPR до певних видів і навіть сортів рослин, які мають специфічні характеристики хімічних кореневих виділень [10]. Однак до сих пір антагоністична активність ризосферних бактерій по відношенню до фітопатогенів залишається маловивченою.

Метою дослідження було вивчення антагоністичної активності рослинно-бактеріальних ассоціантов по відношенню до умовно-патогенної і патогенної мікрофлори.

Матеріали і методи дослідження

Для виділення та ідентифікації використовуваних культур використовували такі поживні середовища, як ЖСА, Ендо і МПА (Оболенський). Видову ідентифікацію виділених мікробних ассоціантов проводили на основі вивчення їх морфологічних, тинкторіальних і біохімічних властивостей [6]. Для виявлення Pseudomonas fluorescens використовували люмінесцентну мікроскопію (мікроскоп - МИКМЕД-6 ЛЮМLed).

Антагоністичний ефект виявляли у бактерій Pseudomonas fluorescens і Bacillus subtilis. Як тест-об'єкта використовували Staphylococcus aureus і Escherichia coli, що володіють типовими властивостями. Staphylococcus aureus - коки, діаметром 0,5-1,5 мкм, розташовані в мазку у вигляді невеликих груп або виноградних грон, нерухомі (не мають джгутиків), не утворюють спор. Біохімічно дуже активні: продукували каталазу, відновлювали нітрити з азоту, мали здатність гідролізувати білки, розщеплювати багато вуглеводи в аеробних умовах. S. aureus розщеплює маннит і глюкозу не тільки в аеробних умовах, але і в анаеробних. Escherichia coli - короткі рухливі грамнегативні палички з закругленими кінцями, ферментовані лактозу з утворенням кислоти і газу (або лактозонегативні), на голодній середовищі c цитратом НЕ зростали, реакція Фогеса # 8210; Проскауера негативна, проба з MR позитивна, не мали фенілаланіндезамінази, не давали зростання на середовищі з KCN [6]. Визначення антимікробної активності проводили методом перпендикулярних штрихів [3]. Випробовувані штами наносили у вигляді штриха по діаметру, після інкубації 2-3 доби при температурі 37 ° С до штамів перпендикулярно підсівали тест-об'єкти (S.aureus і E.coli.). Антимікробні речовини, диффундирующие в товщу агару, затримували ріст чутливих до них мікроорганізмів, що проявлялося в освіті зон відсутності росту мікробів (мм). Про наявність і ступінь антагоністичної активності у випробуваної бактерії судили за величиною зони інгібування тест-штаму на кордоні зі штрихом зростання бактерії.

Результати дослідження та їх обговорення

Проведені дослідження показали, що в микробоценозов ризосфери і Різоплан вивчених родин рослин переважали Pseudomonas fluorescens і Bacillus subtilis, характерною особливістю P. fluorescens були флюоресценція в ультрафіолетовому кольорі, розщеплення оксидази і окислення глюкози OF. P. fluorescens, на відміну від B.subtilis володіли рухливістю. B.subtilis проявляли манніт- і каталазаположітельную активність, яка не розщеплює сечовину, мали здатність до спороутворення і давали позитивну реакцію Фогеса # 8210; Проскауера (табл. 1).

Біохімічна активність ризосферних бактерій

«-» - 0-10% штамів позитивні;

(-) - 11-25% штамів позитивні;

V - 26-75% штамів позитивні;

«+» - 90-100% штамів позитивні.

P. fluorescens і B.subtilis проявляли виражену антагоністичну активність відносно обох тест-культур (малюнок).

Антагоністична активність B.subtilis (а) P. fluorescens (б) по відношенню до E. coli (1) і S. aureus (2)

Проведені дослідження показали, що більшою чутливістю до дії асоціативних ризобактерій володіла E. coli (табл. 2). Чутливість E. coli до P. fluorescens в 8,0 разів перевищує чутливість S.aureus до даної бактерії. По відношенню до B.subtilis, E. coli перевищує чутливість S.aureus в 2,7 раз.

Культура S. aureus виявилася стійкою до антагоністичному дії асоціативних ризобактерій. З досліджуваних бактеріальних ассоціантов найбільшою активністю володів B. subtilis, що, ймовірно, обумовлено синтезом антібіотікоподобних речовин і сідерофори.

Антагоністична активність P. fluorescens і B.subtilis (мм)

Примітка: * - достовірність показника в порівнянні з діаметром зони відсутності росту S. aureus (р <0,05).

1. Мікробні ассоціантов P. fluorescens і B.subtilis мають антагоністичну активність відносно E. coli і S. aureus. Антагоністична активність B.subtilis по відношенню до E. coli в 2,3 разів перевищує дію P. fluorescens. По відношенню до S. aureus антагоністична активність B.subtilis в 6,8 разів перевершує активність P. fluorescens.

2. Найбільша стійкість до антагоністичному дії досліджуваних штамів з вивчених тест-культур проявляється у S. aureus, яка перевищує стійкість E. coli в 2,7 раз по відношенню до B.subtilis і в 8,0 разів по відношенню до P. fluorescens.

Золотухін В.В. д.б.н. професор кафедри зоології, ФГБОУ ВПО «Ульяновський державний педагогічний університет ім. І.М. Ульянова », м Рівне;

Артем'єва Е.А. д.б.н. професор кафедри зоології, ФГБОУ ВПО «Ульяновський державний педагогічний університет ім. І.М. Ульянова », м.Рівне.

Пропонуємо вашій увазі журнали, що видаються у видавництві «Академія природознавства»

(Високий імпакт-фактор РИНЦ, тематика журналів охоплює всі наукові напрямки)