Диссертация (1145858), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Использование цитокининов, продуцируемых ризобактериями,приводило к инициации деления клеток, увеличению ширины клеток, а также площадиповерхности корня сельскохозяйственных культур за счет формирования большогоколичества боковых и придаточных корней (Werner et al.2003). Недавно было установлено,что механизмы действия подобных фитостимуляторов, ведущих к общему развитиюсельскохозяйственных культур, по-разному регулируются катаболической репрессией воснове физиологического механизма формирования биопленок (Zaied et al. 2009).1.2.1.2. Ризосферные и эндофитные бактерии в основе микробиологических удобренийПод микробиологическими удобрениями понимают субстанции на основе живых клетокбактерийгруппыPGPR,которыенаносятсянасеменалибоповерхностьсельскохозяйственного растения, при этом живые клетки бактерий активно (агрессивно)колонизируют ризосферу и внутренние части растения и стимулируют его рост и развитие,обеспечиваяувеличениепродуктивностисельскохозяйственнойкультуры.Термин«микробиологические удобрения» не может быть использован взаимозаменяемо с «зелеными»удобрениями, органическими удобрениями типа навоза и т.
п., а также смесямиорганоминеральных удобрений. Интересно, что большинство PGPR обычно действуют как вкачестве биоудобрения, таки в качестве биопестицида. К примеру, штамм Burkholderiacepacia проявлял биоконтрольные свойства по отношению к Fusarium spp., но в тоже времябыл способен стимулировать рост и развитие с/х культур на почвах, бедных железом за счетпродукции сидерофоров (Bevivino et al., 1998). Штамм Bacillus subtilis, продуцентмикробиологического удобрения «Экстрасол», продуцирует ИУК, обеспечивая увеличениеурожайности сельскохозяйственных культур, но в то же время обладает фунгициднойактивностью против спектра фитопатогенных грибов (Чеботарь с соавт., 2007).
Сообщается оряде штаммов Allorhizobium, Azorhizobium, Bradyrhizobium, Mesorhizobium, Rhizobium иSinorhizobium, как представителях PGPR, и потенциале микробиологических удобрений на ихоснове (Vessey, 2003).Отношения между PGP-бактериями и растением-хозяином можно разделить на два уровнясложности: ризосферные и эндофитные взаимодействия. В ризосфере PGPR колонизируютповерхность корня, а также межклеточные пространства ризодермы растения (McCully, 2001).Такие взаимодействия тесно связаны с изменениями различных физико-химических свойствпочвы, таких как показатель pH, влажность, парциальное давление кислорода, выделениеэкссудатов растением, что в свою очередь существенно влияет на колонизирующую47активность исследуемых штаммов (Griffiths et al, 1999).В случае эндофитныхвзаимоотношений, PGP-бактерии существуют в апопластных областях внутри растения.Существуют прямые свидетельства присутствия эндофитных бактерий в апопластныхмежклеточных пространствах тканей паренхимы (Dong et al., 1997) и ксилемы (James et al.,2001).Такимобразом,действиемикробиологическихудобренийобеспечиваетсяпрямойстимуляцией роста растения за счет продукции фитогормонов и сидерофоров, повышениядоступности питательных веществ в ризосфере, биологической фиксации азота, увеличенииобщей площади поверхности корня, а также комбинацией всех перечисленных механизмов.Тем не менее, эффективность взаимодействия между PGPR и растением во многом зависит оттого, где и как бактерии колонизируют растение.1.2.1.3.
Опыт применения и эффективность микробиологических удобренийПрименение микробиологических удобрений на основе штаммов бактерий из группы PGPRимеет высокий потенциал в решении вопросов мирового спроса на продукты питания изащиты окружающей среды за счет повышения урожайности с/х культур в различныхагроэкосистемах (Minorsky, 2008). Инокуляция с/х растений различными штаммами бактерийэтой группы способствует улучшению ростовых характеристик растения, таких как площадьлистовой поверхности, содержание хлорофилла, общая биомасса растения.К примеру,эффект от инокуляции различных с/х культур штаммами Azospirillum sp. заключался ввыраженном увеличении веса корневой системы и надземной части, лучшему цветениюрастений (Dobbelaere et al., 2001). Применение микробиологических удобрений по зеленымчастям растений абрикоса и шелковицы приводило к увеличению общей площади листа исодержания хлорофилла (Esitken et al., 2003).
Общая длинна корня, а также площадьповерхности и объем плодов томатов и огурцов существенно увеличивались при инокуляцииштаммами Pseudomonas fluorescens 92rk и P190r (Saravanakumar, Samiyappan, 2007). PGPRвызывали изменения внешних слоев коры корня путем усиления клеточного деленияпроростков кукурузы и пшеницы (Baset Mia et al., 2010).
Обработка семян зерновых культур идекоративных растений смесью культур клеток PGPR и ризобий перед посадкой приводило кусиленному росту растений и повышению устойчивости к грибным заболеваниям (Zehnder etal. 2001). Отмечено (Khalid et al., 2004), что ответная реакция проростков пшеницы,инокулированных PGPR, во многом зависит от ряда факторов, таких как генотип растения,природа самих бактерий, действие внешних факторов. Плодовые культуры также отзывчивына действие PGPR, к примеру, для яблонь, инокулированных штаммами Bacillus M3 иMicrobacterium FS01, отмечается значительный прирост урожайности (Karlidag et al., 2007).48Основными механизмами, обеспечивающими урожайность яблонь, являлись продукциярегуляторов роста растений и мобилизация доступных питательных веществ из почвы.Совместное применение грибов арбускулярной микоризы и бактерий группы PGPR в почвах сразными концентрациями азота приводило к увеличению общей биомассы, содержаниюфосфора и азота в растении (Ahanthem, Jha, 2007).
Применение микробных инокулянтовтаким образом позволило снизить дозы внесения минеральных удобрений на 50%.Стимулирующие эффекты PGPR отмечены и по отношению к древесным культурам, кпримеру ряд штаммов Bacillus ускоряли рост черенков лиственных культур на 42% посравнению с неинокулироваными растениями (Erturk et al., 2010). Полученные результаты сбактериями PGPR свидетельствуют о возможности замены синтетических ауксиновмикробиологическими удобрениями в технологии выращивания саженцев древесных пород.1.2.2.
Микроорганизмы, как продуценты биопрепаратов защитного действияБактерии, снижающие частоту и тяжесть инфекционных заболеваний растений, частоопределяют терминомантагонистической«биоконтрольные агенты», тогда как бактерии, обладающиеактивностьюпротивфитопатогенов,определеныкакбактерии-антагонисты (Beattie, 2006). Выделяют следующие механизмы, обеспечивающие биоконтрольбактерий группы PGPR по отношению к фитопатогенам:- синтез гидролитических ферментов, таких как хитиназы, глюканазы, протеазы и липазы,которые могут лизировать клетки грибных фитопатогенов (Neeraja et al., 2010; Maksimov et al.,2011);- конкуренция за питательные вещества и колонизационные ниши на поверхности корня(Stephenset et al., 1993; Камилова et al., 2005);- регуляция уровня этилена за счет продукции фермента АЦК-дезаминазы в условиях стресса;- продукция сидерофоров и антибиотиков;- индуцированный иммунитет растений.1.2.2.1.
Продукция сидерофоров, антибиотиков и бактериоциновСпособность ризобактерий к продукции сидерофоров и антибиотиков была в фокусе многихисследований, посвященных PGPR (Maksimov et al., 2011). Поглощение ионов трехвалентногожелеза через сидерофоры в значительной мере используются патогенными и непатогеннымимикроорганизмами почвы, тела человека и животных, морских отложений.
Важностьсидерофоров заключается в их взаимодействии с железом, важным элементом различныхбиологических процессов (Crosa, Walsh, 2002). С другой стороны, бактерии могут49производить широкий спектр соединений с антимикробной активностью, среди которыхантибиотики, молочная кислота, литические агенты (например лизоцим), многочисленныеэкзотоксины и бактериоцины (Riley, Wertz, 2002). Сидерофоры, антибиотики и бактериоцины– три наиболее эффективные группы веществ, продуцируемых PGPR, которые могут бытьиспользованы для минимизации и полного предотвращения патогенной пролиферации.Для удовлетворения потребностей в железе у микроорганизмов развились весьмаспецифическиепутисучастиемнизкомолекулярныххелатовжелеза,называемыхсидерофорами. Сидерофоры продуцируются для растворения железа из окружающей среды,образуя сложные железо-серные белки, которые могут двигаться за счет диффузии,возвращаясь на поверхность бактериальной клетки (Andrewset al., 2003).
Активациятранспортнойсистемыначинаетсясраспознаваниясидерофоровспецифическимирецепторами на мембранах клеток грамотрицательных и грамположительных бактерий(Boukhalfa, Crumbliss, 2002). В почве активность продукции сидерофоров играет центральнуюроль в определении способности различных микроорганизмов колонизировать растения.Продукция сидерофоров дает конкурентные преимущества для PGPR,усиливая ихколонизационную активность, что позволяет исключить другие микроорганизмы изэкологических ниш на поверхности корня (Haas, Défago, 2005). В условиях жесткойконкуренции, возможность приобретения железа через сидерофоры может определить исходконкуренции за различные источники углерода, которые являются доступными в результатеэкссудации(Crowley,2006).Срединаиболееизученныхсидерофоровотмечаютсябактериальные сидерофоры псевдомонад, которые известны их высоким сродством к ионамтрехвалентного железа.
Высокоактивный сидерофор, пиовердин, способен ингибировать ростбактерий и грибов на железообедненных средах in vitro (Kloepper et al., 1980). Сидерофорпсевдобактин, продуцируемый штаммом Pseudomonas putida B10, также подавлял развитиеFusarium oxisporum в почвах с дифицитом железа; однако такое подавление нивелировалось,если почва вновь пополнялась ионами железа (Kloepper et al., 1980).
В недавнихисследованиях было продемонстрировано подавление почвенных патогенных грибов путемвыпуска железо-хелатирующим сидерофоров флуоресцентными псевдомонадами, свойство,недоступное для других организмов (Dwivedi, Johri, 2003).Продукция одного или более антибиотиков – это механизм, наиболее часто обеспечивающийантагонистические свойства бактерий группы PGPR в отношении фитопатогенныхмикроорганизмов (Glick et al., 2007).
Антагонистическая активность бактерий (биоконтроль)обеспечивается секрецией молекул, которые убивают или задерживают рост целевыхфитопатогенов (Lugtenberg, Kamilova, 2009). Антибиотики охватывают гетерогенную группуорганических низкомолекулярных соединений, подавляющих рост и метаболические путидругих микроорганизмов. Выделяют (Haas, Défago, 2005) шесть классов антибиотических50веществ (для каждого механизмы их активности изучены частично), связанных сбиоконтролем фитопатогенов на корнях растений: феназины, хлороглицины, пиолютеорины,пиролнитрин, циклические липопептиды и цианистая кислота (HCN, летучие цианиды).Недавние исследования показали, что липопептидные биосурфактанты, продуцируемыеразличными видами Pseudomonas и Bacillus, положительно влияют на конкурентоспособностьпри взаимодействии между бактериями, грибами, простейшими, нематодами и растениями (deBruijnet al., 2007; Raaijmakerset al., 2010).
Многочисленные типы антибиотиков быливыделены из штаммов бактерий и грибов, и это разнообразие включает различные механизмыих действия: подавление синтеза клеточной стенки возбудителя, влияние на мембранныеструктуры клеток и ингибирование образования малой субъединицы рибосомы (Maksimov etal., 2011).Пиролнитрин, антибиотик, продуцируемый штаммом P. fluorescens BL915, подавлял развитиеRhizoctonia solani, причину заболеваний растений хлопчатника (Hill et al., 1994). 2,4диацетилхлороглюцинол (DAPG), выделяемый псевдомонадами, эффективный и активноизучаемый антибиотик, вызывал повреждения мембран у Phytium spp., а также оказывалингибирующее действие на зооспоры этого оомицета (de Souza et al., 2003).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
