Диссертация (1145858), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Эндофитные бактерии были обнаружены внутри тканей и семянважнейших сельскохозяйственных культур, таких как рис (Baldani et al., 2000; Okunishi et al.,2005), кукуруза (McInroy et al., 1995; Rijavec et al., 2007), хлопок (Misaghi, Donndelinger, 1990),картофель (Sturz et al., 1998; Krechel et al., 2002), сахарный тростник (Rennie et al., 1982),пшеница (Чеботарь с соавт., 2010; Щербаков с соавт., 2013) и др; считается, что поддержаниеэндофитных сообществ микроорганизмов является универсальным свойством всех растений.Однако, сведения о симбиотрофах, относящихся к группе бактерий, стимулирующих рост иразвитие растений, и ассоциированных со сфагновыми мхами, отсутствовали в литературе донастоящего времени.
Специфическое строение внутренних тканей сфагновых мхов,представляющее из себя сочетание живых хлорофиллоносных и мертвых гиалиновых клеток,позволяет применить термин «эндофит» для представителей микробных сообществ,локализованных внутри этих растений.Ранее, в работах австрийских исследователей группы проф. Берг (Opelt, Berg, 2004; Opelt etal., 2007; Bragina et al., 2012) было показано, что зеленые части растений сфагнума являютсяособыми местообитаниями для бактерий, которые, предположительно, играют важную ролькак в жизни сфагнов, так и в функционировании болотных экосистем в целом. Проведенныймолекулярный анализ микробных сообществ, ассоциированных со сфагновыми мхами,показал, что до 97% всех клонированных последовательностей генов 16S рРНК моглипринадлежать некультивируемым формам микроорганизмов.
Таксономическое положение исоотношение наиболее многочисленных групп микроорганизмов варьировали в зависимостиот вида мха. Исследования также были сфокусированы на азотфиксирующих бактериях,которые играли ключевую роль в условиях дефицита элементов минерального питания длярастений-хозяев.8Sphagnum – своеобразный и интересный род мохообразных, почти космополитный,распространен от тропиков (в горах) к югу и северу, через умеренные зоны досубантарктической и арктической областей включительно (Савич-Любицкая, Смирнова,1968), который включает около 400 видов и часто являются доминантным компонентом болот(Daniels, Eddy, 1985). Сами сфагновые мхи издревле использовались в медицинских целях вцивилизациях Индии и Майя, во время Первой и Второй мировых войн.
Имеется немалосведений народной медицины и практических исследований об использовании сфагновыхмхов в качестве эффективного наружного средства для лечения раневых патологий, вособенности для заживления гнойных ран (Савич-Любицкая, 1943; Городкова, 1949; Военнополевая хирургия…, 2004). Считается, что сами же сфагновые мхи не подверженыбактериальным и грибным заболеваниям, в научной литературе практически отсутствуютсведения о фитопатогенах сфагнов.
Однако, условия для развития бактериальных и грибныхзаболеваний сфагнов более чем предостаточны: повышенная влажность сфагновых болот,повышенная кислотность, низкие температуры. Общепринято, что основным бактерициднымагентом сфагнов является вещество полифенольной природы – сфагнол; долгое времясчиталось, что именно он отвечает за антибактериальную природу сфагнов, однако этагипотеза так и не была доказана (Муравьева, 1981) из-за сложности определения химическойструктуры веществ в его составе.Какова же роль эндофитных бактерий, ассоциированных со сфагновыми мхами, вформировании этих уникальных свойств растений? Одной из гипотез данной работы сталопредположение о том, что уникальная антимикробная активность самих сфагнов связана сдеятельностью эндофитных бактерий, населяющих их ткани. Кроме того, гетеротрофныебактерии, населяющие ткани сфагновых мхов, возможно продуцируют метаболиты,оказывающие стимулирующее влияние на рост и развитие сфагнов.
Аналогичный типсимбиозабылпродемонстрировандляметан-окисляющихмикроорганизмов,колонизирующих внешний кортекс стеблей Sphagnum cuspidatum Hoffm. (Raghoebarsing et al.,2005) и снабжающих растение углеродом, полученным при ассимиляции метана, а также дляазотфиксирующих цианобактерий (Solheim and Zielke, 2003). Гаметофиты сфагнов обладаютуникальной морфологией. У всех видов Sphagnum листья состоят из одного слоячередующихся клеток: узких хлорофилоносных клеток (хлороцитов), осуществляющихфотосинтез, и широких, полых гиалиновых клеток с крупными порами (гиалоцитов), которыевыполняют структурную и водозапасающую функцию. Применение методов флуоресцентнойin situ гибридизации и конфокальная лазерная сканирующая микроскопия, а такжепоследующая трехмерная реконструкция и компьютерный анализ изображений показали, чтоэндофитные бактерии заселяют гиалиновые клетки листьев мха путем прикрепления квнутренней стороне клеточной стенки растений (Bragina et al., 2012).
Возможно, что9гиалиновые клетки сфагнов выполняют роль внутритканевых и внутриклеточных ниш длямикроорганизмовиместомпродукцииинакопленияимиантимикробныхиростстимулирующих метаболитов.В настоящее время ассоциации растений с полезными микроорганизмами привлекаютвнимание ученых с точки зрения не только изучения фундаментальных основ взаимодействияразличных организмов, но и возможного использования данных взаимодействий в практикеэкологическиориентированногоадаптивногорастениеводства.Современноевысокоэффективное сельское хозяйство невозможно без применения удобрений и средствзащиты растений, а использование микробиологических препаратов и удобрений являетсяодной из современных тенденций сельскохозяйственного производства.Использованиевнутренниебиологическоготканибобовыхпотенциалаимикроорганизмов,небобовыхрастений,населяющихпозволяеткорнисоздаватьитакиевысокоэффективные микробные препараты и удобрения (Schippers, 1995; Тихонович с соавт.,2005; Чеботарь с соавт., 2007).
Колонизация корней растений интродуцируемыми штаммамимикроорганизмовявляетсянаиболееважныммоментомдляфункционированиявысокоэффективных растительно-бактериальных ассоциаций. Успех при нанесении полезныхмикроорганизмов на семена или проростки растений зависит от колонизационного потенциалаинтродуцируемых штаммов (Weller, 1988; Shippers et al., 1987). В последнее время в мировойпрактике разработан ряд биопрепаратов, основу которых составляют полезные штаммыэндофитных и ризобактерий из родов Azospirillum, Pseudomonas, Bacillus, Herbaspirillum,Acetobacter (Graner et al., 2003; Compant et al., 2005; Chebotar et al., 2009). Было показано, чтоинокуляциянебобовыхрастенийризобактериямиспособназначительноувеличитьпродуктивность растений и качество продукции (Okon, Labandera-Gonzalez, 1994).
Внекоторых случаях применение биопрепаратов позволяло защитить растения от болезней,заменяя таким образом, химические пестициды (Weller, 1988; Chebotar et al., 2009). Такимобразом, разработка микробных препаратов и удобрений на основе эндофитных бактерийявляется актуальным направлением с/х микробиологии.В данной диссертационной работе источником для выделения эффективных микроорганизмовпослужили растения сфагновых мхов.
Приводятся данные о биологическом разнообразииэндофитныхбактерийсфагновыхмховширокогогеографическогопроисхождения,отобранных на территории Австрийских Альп (Австрия), Ленинградской области, ЗападнойСибири. Описан ряд штаммов, характеризующихся наличием комплекса хозяйственно-ценныхсвойств, таких как антагонизм по отношению к фитопатогенным грибам и бактериям,стимуляцияростатруднодоступныхсельскохозяйственныхдлярастенийкультур,соединенийспособностьфосфора,способностькмобилизациикдеградациицеллюлозосодержащих отходов с/х производства. Показана способность микроорганизмов,10выделенных из растений сфагновых мхов, активно колонизировать сельскохозяйственныекультуры и оказывать благоприятное влияние на их рост и развитие. Разработаны иапробированы лабораторные образцы микробиологических препаратов.Цель настоящей работы –изучение пространственной локализации и выделение эндофитныхбактерий растений сфагновых мхов различного видового состава и разных мест обитания,изучение таксономического состава бактериальных популяций, их фенотипических свойств, атакже отбор перспективных штаммов с комплексом хозяйственно-ценных свойств длядальнейшего создания на их основе высокоэффективных микробиологических препаратов длярастениеводства.Конкретными задачами работы являлись:1.
Изучение пространственной локализации эндофитных бактерий внутри растений мховдвух видов - Sphagnum fallax (H. Klinggr.) H. Klinggr. и S. magellanicum Brid изразличных географических регионов (Австрийские Альпы, Ленинградская область,Западная Сибирь).2. Выделение эндофитных бактерий из растений мхов, изучениетаксономическогосостава эндофитных бактериальных популяций, их культурально-морфологических ифизиолого-биохимических свойств.3.
Отборперспективныхштаммов,обладающиххозяйственно-ценнымисвойствами:фунгицидной, бактерицидной, ростстимулирующей, ферментативной активностью.4. Выявление способности перспективных штаммов бактерий активно колонизироватьсельскохозяйственные культуры и оказывать положительное влияние на их рост иразвитие путем стимуляции роста, фиторпротекторных и других механизмов.5. Наработка лабораторных образцов микробиологических препаратов на основеперспективных штаммов и их апробация в вегетационных и полевых экспериментовНаучнаяновизнаработы.Впервыепроведеныисследованиямикроорганизмов,ассоциированных со сфагновыми мхами, различных, удаленных географических регионов.Впервые создана коллекция эндофитных бактерий-ассоциантов сфагновых мхов, изучены ихкультурально-морфологические, физиолого-биохимические и хозяйственно-ценные свойства.Впервые показано, что более 50% выделяемых симбиотрофных бактерий, населяющих тканисфагновых мхов, имеют выраженные антагонистические свойства против ряда фитопатогенов,что, предположительно, обеспечивает уникальные свойства сфагновых мхов противостоятьразвитию бактериальных и грибных заболеваний.
Молекулярно-генетическая идентификацияна основании анализа фрагментов гена 16S рРНК, наряду с физиолого-биохимическойхарактеристикой, показала, что доминирующими группами бактерий среди изучаемыхсфагнум-ассоциированых микроорганизмов являлись представители родов Pseudomonas,Serratia,Burkholderia,Flavobacterium,Collimonas,Stenotrophomonasиряддругих.11Установлено, что одни и те же виды сфагнов, отобранные в различных географическихрегионах, являются местообитаниями для представителей одних и тех же таксономическихгрупп.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
