WWW.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

 

Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |   ...   | 17 |

«Национальная академия наук Украины Институт микробиологии и вирусологии им. Д. К. Заболотного Институт биоорганической и нефтехимии Межведомственный ...»

-- [ Страница 6 ] --

Они склонны образовывать розетки и конгломераты, окружённые общим слизистым чехлом, что, возможно, объясняется большей гидро фобностью клеточной поверхности, чем у метанотрофов I типа [488].

В последние годы показано, что метанотрофы не просто колони зируют растения, но симбиотически связаны с ними [82, 142, 723].

Схема 8. Пути метаболизма облигатных метанотрофов I(А ), II(Б ) и х(В ) типов [681] рис. 58. Морфология клеток метанотрофов [203]:

а — палочки;

б, в — изогнутые формы;

г–е — округлые формы Предположительно, в различных экосистемах преобладают мета нотрофы II морфотипа, поскольку их нитрогеназа менее чувствитель на к кислороду. Аэротолерантность азотфиксации у Methylosinus trichosporum связывают c Fe-белком [847].

Применение генов 16S рРНК как маркёров при исследовании экологии метанотрофных бактерий показало, что все известные аэробные метанотрофы относятся к одной филогенетической ветви домена бактерий — протеобактерий. В пределах этой ветви выде ляют пять классов, к двум из которых — Alphaproteobacteria и Азотфиксирующие микроорганизмы в микробно-растительных системах Gammaproteobacteria — относятся известные метанотрофные бакте рии (схема 9).

С х е м а 9. иерархия таксонов микроорганизмов, включающих известные метанотрофные бактерии [203] Филогенетические построения, выполненные на основе сравни тельного анализа нуклеотидных последовательностей 16S рРНК мета нотрофов, свидетельствуют, что представители I морфотипа этих бактерий относятся к Gammaproteobacteria, а II типа — к Alphaproteobacteria [791, 1133].

По данным секвенирования генов 16S pPHK, nifH и nifD, ацидо фильные сериновые метанотрофы родов Methylocella и Methylocapsa близки к представителям ацидофильных азотфиксирующих гетеро трофов рода Beijerinckia [696].

Психрофильные и ацидофильные метанотрофы, ассоцианты мха не только способны фиксировать азот, но и расти при низкой темпе ратуре, низком значении рН, а также устойчивы к антибактериальным веществам сфагнума [164].

Широко применяемый для анализа азотфиксации микроорганиз мов ацетилен-редуктазный тест, к сожалению, невозможно использо вать для анализа нитрогеназной активности метанотрофов, растущих на метане, так как этилен ингибирует растворимую и мембрансвязан ную формы метаномонооксигеназы в целых клетках и бесклеточных экстрактах микроорганизмов [1025]. Однако, штаммы метанотрофов, способные использовать альтернативный субстрат — метанол — на безазотистой среде восстанавливают ацетилен [597].

Активными азотфиксаторами среди грамположительных бактерий являются клостридии и бациллы [138, 214, 330, 877, 1040]. Обнару жено два вида бацилл, характеризующихся высокой азотфиксирующей активностью, — B. polymyxa и B. macerans. На основании генетических особенностей эти 2 вида перенесены в недавно созданный род Paenibacillus [870].

Широко распространены в корневой зоне растений грамотрица тельные азотфиксирующие бактерии. Продолжительное время оспа ривалась способность бактерий рода Pseudomonas усваивать молеку лярный азот атмосферы. Относительно недавно в ризосфере сельскохозяйственных растений рядом авторов [330, 478, 881, 1020, 1177] были обнаружены азотфиксирующие псевдомонады, в том числе, флуоресцирующие. Н. Н. Мальцевой и соавт. [330] показано наличие азотфиксирующей функции у флуоресцирующих псевдомонад, выде ленных из ризосферы озимой ржи. Активные азотфиксаторы были обнаружены также среди выделенных представителей родов Bacillus, Azotobacter, Azospirillum, а также бактериальных ассоциаций, содержа щих клостридии.

Диазотрофная активность выявлена у сульфатредуцирующих бактерий [156] и энтеробактерий (Enterobacter aerogenes, Klebsiella pneumonia, Citrobacter intermedius) [207].

Большие возможности в изучении биоразнообразия диазотрофов предоставляют современные методы молекулярной экологии. С помо щью анализа функциональных генов, кодирующих ключевые фермен ты их метаболизма, устанавливают состав диазотрофных ассоциаций в экосистемах. Наиболее популярным в последние десятилетия стал метод, основанный на определении последовательностей nifH гена, кодирующего Fe-белок нитрогеназного комплекса. Это один из самых древних и консервативных генов нитрогеназы, используемый в каче стве молекулярного маркёра. Результаты его филогенетического анализа во многом совпадают с результатами анализа гена 16S рРНК, хотя при этом необходимо учитывать возможность латерального пере носа [837]. В молекулярной экологии также используют nifD, коди рующий -субъединицу нитрогеназы. Однако этот ген менее консер вативен, и база данных по этому маркёру меньше, чем по nifH.

При изучении микрофлоры содовых солончаков у всех выде ленных диазотрофов был обнаружен ключевой функциональный ген азотфиксации nifH, который, по данным филогенетического анали Азотфиксирующие микроорганизмы в микробно-растительных системах за, образует новую ветвь в кластере грамположительных бактерий с низким содержанием гуанина (Г) и цитозина (Ц). Благодаря соче танному применению новых молекулярно-биологических и тради ционных культуральных методов исследования И. Д. Сорокину и соавт. [483, 1096] удалось определить восемь штаммов нового рода и вида «Natronobacillus azotifixans» и два штамма нового вида Amphibacillus — A. diazotrophicus. Один штамм предложено выделить в новый вид рода Bacillus — B. alkalidiazotrophicus.

Е. В. Задориной и соавт. [166, 167] с помощью анализа библио теки клонов фрагментов гена nifH изучена структура микробных сообществ торфяной почвы, а также ризосферы трансгенных растений картофеля, устойчивого к фитофторозу. Показано, что генномодифи цированный картофель не оказывает существенного влияния на биоразнообразие диазотрофов в корневой зоне по сравнению с контрольными растениями.

При изучении молекулярно-биологическими методами бактери альных сообществ, деградирующих рисовую солому в затопляемых почвах под рисом, S. Weber и соавт. [1158] было показано, что доми нирующее положение в этих сообществах занимают представители различных клостридиальных кластеров (рис. 59). Из 31 полученного клона 20 принадлежали к различным филогенетическим кластерам клостридий.

В проведённых нами опытах [199, 223] было изучено биоразноо бразие диазотрофов в ризосфере сои при интродукции микросимби онтов. При анализе библиотеки клонов фрагментов гена nifH уста новлено, что в варианте опыта без инокуляции разнообразие выявленных азотфиксаторов было выше, чем в варианте с инокуля цией (схема 10).

Выявленные микроорганизмы проявили сходство по нуклеотид ным последовательностям с известными микроорганизмами на 74—95 %, и были идентифицированы как представители отдела Firmicutes домена Bacteria. Наибольший уровень сходства ризосфер ных азотфиксаторов был установлен с представителями родов Paenibacillus, Clostridium, Methanosarсina и рядом архей. Были обна ружены также некультивируемые формы микроорганизмов и неиден тифицированные нуклеотидные последовательности.

взаимодействие диазотро фов с растениями действия микроорганизмов между собой и с растениями, синтеза метаболитов и т.п.). Оценка физиологической активности отдельных функциональных групп микроорганизмов в сообществах важна для рис. 59. Поли-FISH анализ бактериального сообщества затопляемой почвы под рисом. Использованы три 16S рДНК-зонда одновременно:

1) CY5-меченный зонд Eub 338, специфический домену бактерий (синий);

2) CY3-меченный зонд, специфический клостридиальному кластеру XIYа (крас ный);

3) FITC-меченный зонд, специфический клостридиальному кластеру XIYа-с (зелёный). Наложение 1-ой и 2-ой проб дали розовое свечение, 1-ой и 3-й проб — бирюзовое. Клеток, гибридизовавшихся одновременно с двумя группо-специфическими пробами Clost XIYа и Clost XIYа-с (белое свечение) было менее 1 % всех клеток, обнаруженных Eub 338-зондом. Длина масштабной метки — 5 мкм [1158].

понимания направленности почвообразовательных процессов в экоси стемах, а также формирования их продуктивности. По цвету продук та репортёрного гена, находящегося под промотором исследуемого гена, отвечающего за определенную функцию (или по излучаемым им волнам в видимой или невидимой части спектра), можно наблю дать in situ за физиологической активностью меченных бактерий в сложных микробных сообществах [1084, 1165]. На фото представлены микрофотографии корня риса, колонизированного меченными gusA геном бактериями Klebsiella oxytoca IMBG26 (рис. 60): а — меченные бактерии находятся в центральных сосудах корня риса (визуализация бактерий достигается благодаря конвертированию ими бесцветного субстрата для бета-глюкуронидазы в субстанцию голубого цвета);

Азотфиксирующие микроорганизмы в микробно-растительных системах С х е м а 10. биоразнообразие ризосферных азотфиксирующих * Работа выполнена совместно с сотрудниками лаборатории классификации и хране ния уникальных микроорганизмов Института микробиологии им. С. Н. Виноградского РАН И. К. Кравченко и А. К. Кизиловой [199, 223].

рис. 60. Меченные gusA-геном клетки Klebsiella oxytoca ИМБГ 26, конвертирующие бесцветный субстрат для бета-глюкуронидазы в субстанцию голубого цвета, которая визуализирует их локализацию в корне риса (а) и меченные бактерии, экспрессирующие in planta ген азотфиксации — nifH (б) [380] б — меченные бактерии экспрессируют in planta ген азотфиксации (nifH), соединенный с репортером gusA [380]. Таким образом, метка позволила доказать проникновение клебсиелл в паренхимную ткань и ксилемные сосуды корня риса, т.е. выявить механизм колонизации бактериями растений, а также показать активность процесса азот фиксации в корнях риса.

При рассмотрении разных типов связей диазотрофных бактерий с растениями и анализе их таксономического состава в филло- и ризосфере высших растений оказалось, что азотфиксация и фото синтез — два уникальных процесса — тесно сопряжены. Продукты фотосинтеза растений являются энергетическим субстратом для диазо трофов, а высокая нитрогеназная активность последних поддержива ется быстрым оттоком азотсодержащих метаболитов азотфиксаторов благодаря высокой поглотительной способности корней [138, 518].

Следует подчеркнуть, что важную роль при этом играют физиологи чески активные метаболиты диазотрофов.

Связь диазотрофных бактерий с растениями более тесная и разнообразная, чем предполагали ранее. Выяснилась способность многих видов бактерий эффективно колонизировать филлосферу [955, 956, 1058], а также корень, что позволило выделить последних в особую группу «ризобактерий». Все азотфиксирующие бактерии, способные стимулировать рост растений благодаря синтезу физио логически активных веществ и повышению устойчивости растений к биотическим и абиотическим стрессам, относятся к группе ризобак терий, объединенных термином PGPB (Plant Growth Promoting Bacteria) [209, 272, 657, 681, 964, 1109, 1124].

Издавна считающийся свободноживущим почвенным микро организмом азотобактер способен к образованию тесных связей с растениями. Представителей этого рода (Azotobacter chroococcum) в большом количестве выделяют из налёта на листьях водных расте ний стрелолиста, рдеста, тростника, рогоза [118]. Его обнаруживают в филлоплане однодольных растений совместно с протеолитически ми бактериями и в филлосфере многих сельскохозяйственных куль тур наряду с молочнокислыми бактериями [1021], в паренхиме корней, стеблей и листьев пшеницы [1126]. Есть данные о связи азотобактера с растениями сорго через продукты их метаболизма:

феноловые кислоты, экскретируемые сорго, азотобактер активно использует, удаляя их из почвы [783]. Микроскопическими иссле дованиями показано, что в филлосфере пространственная близость наблюдается не только между растениями и микрофлорой, но и между отдельными микроорганизмами популяции. Так, Beijerinckia, как правило, развивается в гифах гриба, Pseudomonas — в тесном Азотфиксирующие микроорганизмы в микробно-растительных системах контакте с дрожжами, а Azotobacter — в петлях гриба, покрывающе го поверхность листа [1057].

Источником диазотрофов для формирования бактериальных сообществ фитопланы являются семена, насекомые и почва. В мень шей степени на эти сообщества оказывают влияние такие факторы, как перенос бактерий из других биотопов с ветром, водой, обитате лями почвы — беспозвоночными и другими животными [42].

Наблюдения с помощью конфокальной лазерной сканирующей микроскопии показали, что меченные геном gfp (зелёного флуоресци рующего протеина) клетки Bacillus megaterium попадали из почвы в корни кукурузы через трещины на боковых корневых синапсах, после чего проникали в кортекс, ксилему и сердцевину, медленно продви гаясь от корней к стеблям и листьям. Местом их локализации было межклеточное пространство. Сайтом для проникновения в корни риса были кончик корня в зоне удлинения и дифференциации, а также синапс между первичным и латеральными корнями [1172]. Авторы сделали вывод, что механизм проникновения в корень у данного грам положительного микроорганизма такой же, как и у грамотрицательных микроорганизмов Azospirillum brasilense и Azoarcus sp.

В опытах со злаковыми было показано, что основным источни ком диазотрофов в корневой зоне может быть микрофлора семян [89, 208, 457, 1108]. Есть данные, что в семена диазотрофы проникают через внутренние ткани стебля, которые они колонизируют [1041].

Сотрудниками Института биохимии и физиологии растений микроорганизмов РАН на модельных системах азоспирилл и агро бактерий с растениями исследованы молекулярно-генетические и эколого-биохимические аспекты взаимоотношений ассоциативных и симбиотических микроорганизмов с растениями [220, 357].

В развитии бактерий на поверхности корня после прикрепления участвуют механизмы межклеточного взаимодействия (коммуникации) между бактериями, колонизирующими поверхность. Выявлен белко вый антигенный маркёр, характеризующий азоспириллы, коллектив но мигрирующие с образованием микроколоний [559]. Механизм распространения азоспирилл с образованием микроколоний может обеспечивать в ризосфере заселение растущих корневых волосков растений (рис. 61).

Открылся новый аспект во взаимодействии ризобий с растения ми: они способны вступать в несимбиотические ассоциативные взаи моотношения с листьями бобовых и корнями небобовых растений без образования клубеньков. Исследователями университета Кальяни (Индия) при опрыскивании бобовых растений суспензией клубень ковых бактерий было установлено, что в филлосфере клубеньковые рис. 61. Конфокальная микроскопия. Корневой волосок проростка пшеницы, выросшего в почве (а) и поверхность корня проростка пшеницы, выросшего на кварцевом песке (б), колонизированные Azospirillum brasilense Sp245. Бактерии гибридизовали с пробами, комплементарными области 16S рРНК протеобактерий подкласса, меченными тетраметилродамин- изотиоцианатом (TRITC-меченными) [592] бактерии вступают в ассоциативный симбиоз с листьями, фиксируя азот, что увеличивает урожай и содержание азота у сои, нута, чече вицы, маша [959].

М. Schloter и соавт. [1073] показано, что через 14 нед после инокуляции небобовых растений, колонии ризобий были обнаружены как в ризоплане, так и во внутреннем пространстве ткани централь ного корня.

При образовании симбиотических и ассоциативных сообществ важную роль играют лектины (агглютинины) почвенных бактерий и растений. Распознавание между лектинами и углеводами обеспечи вает специфичность микробно-растительных взаимодействий.

Доказано участие лектинов ассоциативных азотфиксирующих бактерий в их прикреплении к растениям [213, 216, 217, 374], а также обнаружена способность бактериальных лектинов влиять на различ ные ферментативные процессы в тканях растений [211] и метаболизм ризосферных микроорганизмов [212]. Л. В. Карпуниной [357] пред ложена схема возможного взаимодействия бактериальных лектинов с растениями и другими почвенными микроорганизмами при образо Азотфиксирующие микроорганизмы в микробно-растительных системах вании азотфиксирующих сообществ (схема 11). Схема предусматри вает специфическое взаимодействие бактериальных агглютининов с рецепторами углеводной или белковой природы растения, вследствие чего происходит прикрепление бактерий к корням, и с рецепторами бактерий (различные полисахаридные комплексы), а также их влия ние на метаболизм растительной и бактериальной клетки.

С х е м а 11. возможное взаимодействие лектинов азотфиксирующих бактерий с растениями и почвенными микроорганизмами в прикорневой зоне растений при образовании азотфиксирующих сообществ [357] П р и м е ч а н и я: 1 — лектины;

2 — рецепторы растения;

3 — рецепторы бактерий;

ГФ — гидролитические ферменты (протеазы, -глюкозидазы);

ДГ — дегидрогеназа;

М — мембраны Лектины растений также имеют широкий спектр влияния как на микроорганизмы-инокулянты, так и на резидентную микрофлору, в том числе фитопатогенную. Показано, что лектин пшеницы стиму лирует те стороны метаболизма, которые важны для успешной коло низации корней [32], являясь фактором роста для азотфиксирующих азоспирилл [456]. Известна способность лектинов пшеницы подавлять рост некоторых грибов путём связывания с апикальной частью гифы и ингибирования синтеза хитина — основного конструктивного компонента клеточной стенки большинства грибов [373].

Нами изучено влияние растительных лектинов разной специфич ности (галактозоспецифического лектина сои, глюкозоспецифических лектинов гороха и пшеницы) на рост культур ассоциативных и симби отических диазотрофов на агаризованных и жидких питательных средах [230]. Показано, что лектины обладают ростактивирующим действием по отношению к большинству исследованных микроорга низмов (табл. 31). Стимулирующее влияние глюкозоспецифических лектинов гороха и пшеницы было более выраженным, чем галакто зоспецифического лектина сои. Из всех диазотрофов наиболее отзыв чивым на присутствие растительных лектинов в среде оказался Azotobacter chroococcum Т79. Возможно, эти бактерии более адаптиро ваны к корневым экссудатам. На рост P. fluorescens 33 все исследо ванные лектины не оказывали стимулирующего действия.

Таблица 31. влияние растительных лектинов на рост культур ассоциативных и симбиотических диазотрофов на агаризованных * Равномерный рост культуры бактерий по всему газону.

Нами показано, что предпосевная обработка семян яровой пшеницы раствором экзогенного специфичного растению лектина Азотфиксирующие микроорганизмы в микробно-растительных системах (агглютинина зародышей пшеницы) способствовала усилению роста растений, ризогенезу и повышению азотфиксирующей активности ризосферного комплекса микроорганизмов [238]. Масса корней в разные фазы онтогенеза превышала контрольные значения в вегета ционном опыте на 19—54 %. В полевом опыте наблюдали активное накопление биомассы растений, особенно в фазу молочно-восковой спелости (54 % относительно контроля, рис. 62).

рис. 62. Накопление биомассы растений яровой пшеницы ( )и азотфиксирующая активность ризосферных микроорганизмов ( ) в разные фазы развития растений при предпосевной обработке семян специфичным лектином (процент превышения относительно контроля) В фазу выхода в трубку азотфиксирующая активность (АФА) диазотрофных ризобактерий опытных вариантов превышала контроль ный показатель на 50 %, а в следующие фазы онтогенеза — почти на 20 %. Эти процессы положительно сказались на развитии растений и их продуктивности. Прибавка урожая пшеницы в полевом опыте составила 17,9 % (5,8 ц/га). Очевидно, стимулирующее действие лектина на растения и микрофлору корневой зоны может быть след ствием как непосредственного гормоноподобного влияния, свойствен ного лектинам (изменения метаболизма и активизации процессов деления и растяжения клеток) [319], так и опосредованного влияния через интенсификацию обмена экзометаболитами между партнёрами.

Кроме азотфиксирующей способности диазотрофам свойственно активно продуцировать витамины и другие ростстимулирующие веще ства [25, 26, 111, 400, 531].

При исследовании влияния экзогенного гомологичного лектина на диазотрофный комплекс ризобактерий сои нами установлено увеличение количества диазотрофов и олигонитротрофов в 1,2— 2,7 раза и повышение азотфиксирующей активности ризосферной почвы в 1,3—2 раза в опытных вариантах относительно контроль ного (рис. 63).

нМС2Н2 / (5 г сухой почвы рис. 63. Изменение численности ризосферных диазотрофов и их азотфиксирующей активности при предпосевной обработке семян сои гомологичным лектином в фазу развития 4—5 настоящих листьев ( ) и бутонизации ( ):

— количество диазотрофов и олигони тротрофов в ризосферной почве сои;

— азотфиксирующая активность диазотрофов ризосферы сои;

1 — вода;

— концентрация лектина 500 мкг/мл;

3 — концентрация лектина 50 мкг/мл;

— концентрация лектина 5 мкг/мл Азотфиксирующие микроорганизмы в микробно-растительных системах Предпосевная обработка семян сои комплексным инокулянтом — суспензией комплементарного штамма B. japonicum 634б с гомологич ным лектином в указанных выше концентрациях — также приводила к увеличению популяции ризосферных диазотрофов [231].

На колонизацию корней и азотфиксирующую активность диазо трофов in planta влияют флавоноиды и гормоны растений. Было показано [608], что колонизирующая и азотфиксирующая активность эндофитного диазотрофа Serratia sp. на растениях риса зависела от концентрации флавоноидов и фитогормонов в корневом экссудате.

В процессе вегетации растения происходит смена доминирующих видов диазотрофов в ризосфере. На начальных этапах онтогенеза доминируют грамотрицательные бактерии — псевдомонады, флаво бактерии, азотобактер. По мере старения растения они заменяются грамположительными — бациллами и другими гидролитиками, разла гающими корневой отпад, растительные остатки, микробную биомас су [86]. Причиной смены состава микробных сообществ в вегетаци онный период является также изменение у растений состава корневых выделений, служащих источником питания для бактерий.

Таким образом, критериями, характеризующими эффективность микробно-растительных взаимоотношений, являются подвижность и адсорбционная способность микроорганизмов, связанная с уровнем продукции поверхностных полимеров, синтез партнёрами биологиче ски активных метаболитов и сигналлинговые взаимодействия.

Эколого-физиологические закономерности функционирования диазотрофных популяций при формировании микробно-растительных систем взаимоотношения диазо трофов с растением и други ми микроорганизмами Диазотрофные сообщества микроорганизмов фитосферы формируют ся и изменяются под влиянием корневых выделений и растительных остатков. Азотфиксирующие микроорганизмы в свою очередь влияют на рост и развитие высших растений в агрофитоценозах, улучшая минеральное питание, стимулируя рост и повышая устойчивость растений к патогенам и вредителям. Фиксируя азот атмосферы, они обогащают почву доступными растениям соединениями азота —амми аком и свободными аминокислотами (аланином, глутаминовой кисло той и др.). Ассоциативная азотфиксация наиболее активно протекает при давлении почвенной влаги около 0,25 МПа, а температура не оказывает заметного влияния на её динамику [517]. В многочислен них данных литературы [351, 447, 818, 963] указывается на влияние диазотрофов, в частности азотобактера, на содержание азота в почве и растениях.

Увеличение содержания азота в растениях может быть обуслов лено комплексным влиянием на них азотфиксаторов. Положительное действие азотфиксирующих микроорганизмов состоит не только в их азотфиксирующей активности, но и в том, что они выделяют в окру жающую среду витамины и другие физиологически активные веще ства — фитогормоны, ферменты, аминокислоты и др. [47, 221, 359, 447, 694, 992, 1001]. Наряду с повышением содержания азотсодержа щих питательных веществ в почве при интродукции диазотрофов наблюдали увеличение размера корневой системы растений, что даёт им возможность поглощать больше питательных веществ из почвы.

Возможно также, что синтезированные азотфиксаторами биологиче ски активные вещества повышают степень поглощения растениями соединений азота из почвы. Следует отметить, что увеличение содер жания некоторых азотсодержащих соединений в почве при исполь зовании диазотрофов может быть связано с усилением в почве процессов аммонификации белков и нитрификации, причём функция азотфиксаторов в некоторых случаях состоит в активизации деятель ности аммонифицирующих и нитрифицирующих бактерий.

Физиологически активные вещества (ферменты, фитогормоны, витамины), которые выделяются растениями и синтезируются различ ными микроорганизмами, играют особую роль в растительно микробных отношениях. Такие физиологически активные вещества, как органические (более 70 % водорастворимых углеродсодержащих соединений) и фенолкарбоновые (n-гидрооксидбензойная, n-кумаровая, ванилиновая, сиринговая, феруловая, салициловая, кофейная) кисло ты, фенольные соединения, ферменты, витамины выполняют в агро фитоценозах функцию природных фитогормонов ризогенного (стиму лирующее влияние на корневую систему) и гиббереллинового (усиление роста и развития надземных органов высших растений) действия [111].

Несмотря на то, что растения сами продуцируют необходимые им биологически активные вещества, в определённых условиях куль тивирования и в определённые фазы своего роста (особенно на ранних стадиях развития) они положительно реагируют на внесение некоторых витаминов и факторов роста. Наиболее чувствительны растения к действию факторов внешней среды в фазе прорастания и формирования проростков. Начальные условия прорастания имеют Азотфиксирующие микроорганизмы в микробно-растительных системах решающее значение для последующих этапов развития растения, а значит и для его продуктивности.

Самыми активными продуцентами фитогормонов среди ризос ферных и эпифитных бактерий считают разные виды псевдомонад, спорообразующих бактерий, азоспирилл и азотобактера [357, 359, 447, 722, 1102, 1109, 1124].

По данным литературы, предпосевная инокуляция семян диазо трофами положительно влияет на ростовые и биосинтетические процессы у растения: способствует повышению энергии прорастания семян и скорости роста проростков, ускорению прохождения фаз роста растения и созревания урожая [25, 359, 993, 994, 1086, 1124];

улучшению качества продукции, например, увеличению сахаристости сахарной свёклы, содержания аскорбиновой кислоты, сахаров и орга нических кислот в плодах томатов [26, 28]. При бактеризации хлоп ка азотобактером наблюдали увеличение высоты растений, массы сухого вещества и количества коробочек — наиболее важного пока зателя урожайности хлопка [994]. Большей отзывчивостью характе ризовались высокоурожайные сорта. Цитокининпродуцирующие почвенные микроорганизмы Bacillus subtilis ИБ-22 стимулировали прирост биомассы растений салата (Lactuca sativa L.) даже при недо статочном водообеспечении [34].

Одним из условий гормонального воздействия ризосферной микрофлоры на растения является наличие в ризосфере достаточ ного количества триптофана. На его основе микроорганизмы синте зируют ИУК. Так, в опытах с томатами и редисом в стерильных условиях было установлено, что корни этих растений выделяли в среду соответственно 2,8—5,3 и 290—390 нг триптофана на проро сток. Инокуляция псевдомонадами оказывала фитостимулирующий эффект, пропорциональный количеству выделяемого корнями трип тофана [274].

Ризосферные микроорганизмы, способные к катаболизму ИУК и использующие её в качестве единственного источника углерода, играют в природе роль стока, или агента, возвращающего ИУК на рециркуляцию в ассоциациях растений с почвенными микроорганиз мами [873].

Благодаря разнообразному групповому составу микрофлоры, которая фиксирует атмосферный азот, минерализует органические вещества корневых выделений и биомассу остатков, в почвенной среде накапливаются биологически активные вещества (преимуще ственно в виде аминокислот и фенольных соединений). Фенолкар боновые кислоты, освобождаясь во время минерализации сидератов, быстро включаются в процесс образования стабильного органическо го вещества, повышая содержание гумуса в почве — депо биологи ческого азота биосферы и основы почвенного плодородия. Важная роль в этих процессах принадлежит азотфиксирующим микроорга низмам [322].

Плотность ризосферных микроорганизмов высока (до десятков миллиардов клеток в 1 г почвы), поэтому межмикробные взаимодей ствия играют важную роль в функционировании ризосферных ассо циативных азотфиксаторов [703].

Как правило, диазотрофы активно развиваются в ризосфере растений в составе смешанных популяций микроорганизмов. При этом партнёрами азотфиксирующих бактерий в этих ризосферных комплексах чаще всего выступают целлюлозоразрушающие бактерии, например Cellulomonas gelida, а также бациллы, взаимодействующие с диазотрофами через метаболиты [187]. Свойства таких ассоциаций зависят от соотношения компонентов.

Микробные ассоциации широко распространены в природе, проявляют высокую экологическую пластичность, полнее используют энергетические потоки и утилизируют субстраты, чем монокультуры [451]. Взаимоотношения между микроорганизмами оказывают боль шое влияние на характер почвенных микробиоценозов. Важным принципом функционирования микробных комплексов является кооперация. Процессы, осуществляемые ассоциациями микроорга низмов, эффективнее, чем осуществляемые каждым её членом в отдельности. Положительные взаимодействия между организмами чаще всего основываются на синтрофии, когда одна из групп в микробном сообществе обеспечивает условия деятельности другой.

При таком взаимодействии два (или более) вида растут на субстратах, не доступных каждому в отдельности. При этом один из партнёров приносит пользу другому, предоставляя субстрат для роста, синтези руя факторы роста или разлагая токсиканты. Так, нитрификаторы развиваются только в том случае, если в почве достаточно аммиака, вырабатываемого аммонификаторами и азотфиксаторами.

Азотфиксирующие микроорганизмы легко вступают в ассоциации с разнообразными микроорганизмами, в которых, как правило, организм-спутник снабжает диазотроф доступными источниками угле рода и фосфора и создаёт благоприятные условия для азотфиксации, усваивая при этом ассимилированный азот [48]. Благодаря этому диазотрофы лучше приспосабливаются к среде и имеют ряд преиму ществ в питании перед другими бактериями.

Примерами синтрофных взаимоотношений могут быть ассоциа ции азотфиксирующих бактерий с целлюлозо- либо пектинразрушаю щими. В первом случае целлюлозоразрушающие бактерии использу Азотфиксирующие микроорганизмы в микробно-растительных системах ют азот, фиксируемый диазотрофами, в то время как последние, не способные разрушать целлюлозу, используют продукты её гидролиза, осуществляемого гидролитиками Cellulomonas, Cytophaga, Bacillus [416, 786, 787]. Такие ассоциации можно создавать искусственно для интен сификации биотехнологических процессов деструкции целлюлозы.

Аналогичные синтрофные ассоциации описаны для азотфикси рующих азоспирилл и пектинразрушающих бацилл [844]. В этом сооб ществе диазотрофы использовали продукты ферментации пектина, осуществляемой бациллами, — уксусную и янтарную кислоты, причём нитрогеназная активность в ассоциации была намного выше, чем в чистой культуре. Азоспириллы многократно находили в ассоциативных симбиозах совместно с Enterobacteriaceae и Bacillaceae [883].

В результате воздействия на корневую систему растений прото пектиназы, синтезируемой ризосферными бактериями, выделяются разнообразные ароматические соединения, способствующие росту азотобактера. Этот диазотроф способен расти на 17 ароматических соединениях, в том числе на оксибензойной, сиреневой, ферруловой и других кислотах. Азотобактер усваивает также фенольные кислоты, образующиеся в результате разложения гумуса [729].

Штаммы Agrobacterium — одни из самых устойчивых к воздействию доминирующих ризосферных бактерий [47]. Но и для них ассоциации с другими ризобактериями оказываются более эффективными.

При сравнительном изучении влияния моноинокуляции азото бактером и агробактериями, а также их композиции на яровую пшеницу сорта Ранняя 93 в полевых условиях нами была обнару жена большая эффективность бинарной инокуляции [271]. При этом азотфиксирующая активность ризосферной микрофлоры пшеницы в фазе выхода в трубку на 35 %, а в фазе колошения — на 41 % превышала таковую в контроле. Прирост урожая зерна был наиболь шим и статистически достоверным при бинарной инокуляции и составлял 6,1 ц/га (19 % относительно контроля).

В природных условиях часто наблюдаются ассоциации диазотро фов с грибами. При этом азотфиксирующая активность значительно выше, чем в чистой культуре диазотрофов [256]. Наибольшей азот фиксирующей активностью обладали ассоциации грибов родов Penicillium и Trichoderma с бактериями Bacillus megaterium, B. circulans, B. polymyxa, Arthrobacter globiformis. Диазотрофы используют в этих ассоциациях метаболиты грибов — моносахариды, органические кислоты, витамины. Целлюлолитические грибы могут снабжать диазо трофов доступным энергетическим материалом, необходимым для азотфиксации. В свою очередь, диазотрофы снабжают грибы необхо димым им азотом.

В ассоциациях диазотрофов с дрожжевыми грибами в почве [40] и филлосфере повышалась их азотфиксирующая активность [41]. При сокотечении деревьев свыше 70 % активных диазотрофов образовы вали природные комплексы с дрожжами Trichosporon pullulans, Hansenula henricji, Zygosaccaromyces baillii и др.

В литературе описана связь диазотрофов с микоризными гриба ми. Выделены активные азотфиксаторы родов Clostridium и Azospirillum из эктомикоризы пихты [876]. Азоспириллы обнаруже ны также на поверхности спор микоризных грибов рода Glomus [1125], выделялись из спорокарп грибов Laccaria laccata Rhizopogon vinicolor [875]. С. V. Li и соавт. [876] предположили, что азот, фиксируемый диазотрофами, необходим грибам для спорообразо вания. В исследованиях А. А. Ключникова и соавт. [240] микори зация способствовала увеличению численности азоспирилл в ризо плане картофеля в 10—100 раз.

В последние десятилетия началось изучение тройного симбио за растение—бактерии—грибы, что является одним из перспектив ных направлений в изучении формирования и эволюции фитоце нозов и биосферы в целом. Микоризные грибы, многопланово влияя на растение (улучшение минерального питания, особенно фосфорного;

гормональное регулирование;

повышение устойчиво сти к фитопатогенам), изменяют количество и качество корневых экссудатов, влияя тем самым на ризосферную микробиоту [297, 568, 613, 646, 875—877, 884, 1067]. Микоризные грибы могут изме нять характер взаимоотношений растения с диазотрофными бакте риями. M. J. Daft и соавт. [688] показал, что эндомикоризные грибы бобовых растений стимулируют азотфиксацию ризобиями в клубеньках.

По данным некоторых авторов [190, 367, 722, 1175], свободно живущие азотфиксаторы способны усиливать образование клубеньков и азотфиксацию у симбиотических ассоциаций ризобий с соей, а также усиливать эффект инокуляции небобовых растений другими ризосферными микроорганизмами.

Результаты наших исследований показали эффективность предпо севной коинокуляции азотобактером совместно с комплементарными ризобиями семян сои сорта Марьяна. При этом наблюдалось повы шение нитрогеназной активности симбиотического аппарата на 58 %, а урожая зерна в вегетационном опыте — на 31 и 13 % (соответствен но в песчаной и почвенной культуре) и на 16,5 % в полевом опыте относительно варианта с традиционной моноинокуляцией [394].

Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что азотфик сирующая активность бактерий в ассоциациях по сравнению с моно Азотфиксирующие микроорганизмы в микробно-растительных системах культурами увеличивается [787]. Стафиллококк, не фиксирующий азот, способен в несколько раз увеличить нитрогеназную активность азоспирилл за счёт синтеза органических кислот — аспарагиновой, янтарной и др. Аналогичное действие стафилококка было установле но в тройной ассоциации с диазотрофами Listionella anguillarum и Vibrio campbelli [807].

При изучении физиологических и биохимических свойств есте ственной ризосферной бактериальной ассоциации Klebsiella terrigena (активный ассоциативный азотфиксатор) с Bacillus firmus (азотфик сирующая активность близка к 0) также было обнаружено усиление азотфиксации в ассоциации, причём максимум азотфиксации зависел от соотношения компонентов и наблюдался при содержании B. firmus на уровне 10—15 % общего числа клеток. А. К. Злотниковым и соавт.

[187] установлено, что основой устойчивости ассоциации является специфическое взаимодействие компонентов через метаболиты — фенол, пара-оксибензойную кислоту, а также через азотфиксацию, дыхание и рН среды. В соответствии с предложенной схемой 12, выделяемый бациллами фенол индуцировал синтез клебсиеллой пара оксибензойной кислоты, что приводило к активизации потребления С х е м а 12. взаимодействие компонентов ассоциации Klebsiella П р и м е ч а н и я: НГ – нитрогеназа;

ОБК – недифференцированные оксибензойные кислоты;

ДЦ – дыхательная цепь;

ПОБ – полиоскибутират, – синтез и транспорт, - - - – влияние кислорода и усилению азотфиксации за счёт защиты нитрогеназы от кислорода. Фиксированный клебсиеллой азот, являясь источником питания бацилл, усиливал синтез ими фенола, замыкая цикл ассо циативных взаимодействий.

Кроме того, алкалифильная бацилла, способная расти при высо ких значениях рН (до 12,0), подщелачивает среду, что приводит к остановке её роста. В силу противоположного действия клебсиеллы, которая при росте синтезирует и выделяет в среду щавелевую кисло ту, подкисляя её до рН 4,0—4,3, ассоциация способна длительное время поддерживать кислотность среды на оптимальном для роста обоих партнёров уровне рН (6,5—6,8). В данной ассоциации, по-видимому, ключевыми агентами компонентов являются фенольные соединения.

Ризосферные диазотрофы часто образуют эффективные мутуа листические ассоциации с ризобиями. В их взаимодействии пред полагается несколько механизмов эффективной коинокуляции.

При бактеризации клевера азоспириллами совместно с ризобия ми, приводящей к увеличению количества клубеньков у растений в 2—3 раза, В. К. Чеботарь и соавт. [1114] наблюдали локализацию этих диазотрофов на клубеньках или около них. Было сделано пред положение, что механизмом стимуляции нодуляции может быть обра зование дополнительных локусов инфицирования. Аналогичный эффект стимулирования нодуляции был зафиксирован при коиноку ляции ризобиями с B. polymyxa.

Нами [394] показано положительное влияние азотобактера на формирование соево-ризобиального симбиоза. Предпосевная иноку ляция семян сои сорта Марьяна бинарной композицией ризобий и азотобактера способствовала усилению процесса азотфиксации в корневой зоне и значительному повышению продуктивности сои.

Прибавка урожая в условиях вегетационных и полевого опытов при использовании комплексного инокулянта диазотрофов составляла 13—31 % по сравнению с вариантом традиционной моноинокуляции ризобиями.

Е. К. Фуриной и соавт. [522] изучено влияние ассоциативного азотфиксатора Azospirillum lipoferum 137 и клубеньковых бактерий Sinorhizobium meliloti при совместной и раздельной инокуляции люцер ны на активность процессов денитрификации и азотфиксации при разных сроках внесения минерального азота. Установлено, что опти мальным для активной азотфиксации (224,7 нмоль С2Н4/сосуд в сутки) и низкой активности денитрификации (1,8 мкмоль N2O/сосуд в сутки) является инокуляция люцерны бинарным препаратом с внесением нитратов через 2 недели после инокуляции.

Азотфиксирующие микроорганизмы в микробно-растительных системах Одним из принципов функционирования почвенных микробных сообществ является способность одних и тех же бактерий выполнять различные, даже противоположные функции в зависимости от созда ваемых в почве условий [171]: нитрификация и денитрификация, аммо нификация и азотфиксация, азотфиксация и денитрификация и т. д.

Многие диазотрофные бактерии осуществляют азотфиксацию и гетеротрофную нитрификацию, поэтому конечный результат иноку ляции небобовых растений активными диазотрофами может в значи тельной степени зависеть от соотношения активности этих процессов в ризосфере [519].

Полученные разными исследователями [519, 767] данные о масштабах поступления биологического азота в небобовые растения в процессе ассоциативной азотфиксации близки между собой и составляют около 30 % суммарной её продуктивности. Потому, пред положительно, часть ионов аммония, образованных при ассоциатив ной азотфиксации, «перехватывается» растениями, а значительное его количество окисляется в процессе гетеротрофной нитрификации.

Совпадение максимумов накопления нитрат-ионов и активности азот фиксации свидетельствует об участии «биологического» азота в процессах гетеротрофной нитрификации [519]. Максимумы актив ности азотфиксации, денитрификации и нитрификации в ризосфере растений последовательно сменяют друг друга, а суммарное накопле ние нитратных и аммонийных ионов является результатом сочетания этих процессов и поглощения ионов корнями, иммобилизации и реиммобилизации в микробных клетках. Инокуляция влияет на коли чество и динамику накопления ионов.

По современным представлениям [138, 520], участие диазотро фов в круговороте азота дополняется недавно открывшейся способ ностью многих из них переходить к противоположному азотфикса ции процессу — денитрификации при наличии нитратов в среде.

Способностью к азотфиксации и денитрификации обладают бакте рии из самых разных эколого-трофических групп и семейств. Такая «двойственность» поведения выявлена у представителей родов Bacillus, Agrobacterium, Pseudomonas, Azotobacter, Azospirillum, Klebsiella, Aquaspirillum, Enterobacter, Alcaligenes, Desulfovibrio, Erwinia, Flavobacterium, Methanobacterium, Rhizobium, Spirillum,Thiobacillus, Vibrio.

Для бактерий рода Pseudomonas давно известна способность к денитрификации и сравнительно недавно признано их свойство фиксировать молекулярный азот [445].

М. М. Умаров и соавт. [519] обнаружили способность к азотфик сации у 116 из 140 коллекционных штаммов псевдомонад. Она коле балась в пределах 1,3—28,6 нмоль С2Н4/(106 кл. · ч). Активность дени трификации у исследуемых псевдомонад составляла 0,035— 98,75 мкмоль 2О/(106 кл. · ч). Авторы считают, что азотфиксирующие псевдомонады, способные к денитрификации, в ризосфере осуществ ляют один из этих процессов. Это необходимо учитывать при прак тическом применении штаммов. Инокуляция диазотрофами может изменять не только активность процесса азотфиксации в агрофито ценозе, но и активность процесса денитрификации. Культуры, макси мально активизирующие азотфиксацию в ризосфере, способны повы шать урожай небобовых растений на 40 %.

Таким образом, в природных сообществах, в частности в ризос фере растений, формируются сложные взаимодействия между несколькими членами сообщества, когда все они используют субстра ты и факторы роста из общего источника [163]. В связи с поли функциональностью видов следует говорить о способности данного сообщества микроорганизмов к физиологическим процессам или к определенным экологическим функциям, а не об эколого физиологических группах микроорганизмов.

Экологические функции диазотрофов щей среды от поллютантов [610, 926, 1088], деградации аллелопати чески активных соединений — метаболитов растений, вызывающих почвоутомление [581]. Кроме того, азотфиксаторы являются важным фактором окультуривания засушливых почв [1169], а также ремедиа ции почв, деградированных в результате добычи полезных ископае мых [1149] и загрязнения тяжёлыми металлами. Проведённое нами изучение влияния ионов тяжёлых металлов на свободноживущие диазо трофы рода Azotobacter выявило высокую экологическую пластич ность азотобактера [29]. При этом цинк и медь оказались более токсичными для исследованных штаммов, чем свинец и кадмий (табл. 32). При экспериментальном загрязнении почвы тяжёлыми металлами с превышением предельно-допустимой концентрации (ПДК) в 2—4 раза показатели её азотфиксирующей активности коррелировали с показателями индивидуальной чувствительности азотобактера к метал лам-загрязнителям [195].

ся уменьшение степени пораженности инокулированных растений фитопатогенами — биоконтроль. Обнаружена фунгистатическая актив ность азоспирилл, псевдомонад, азотобактера по отношению к неко торым фитопатогенным грибам и микроорганизмам. Факторами угне Азотфиксирующие микроорганизмы в микробно-растительных системах Таблица 32. количество штаммов азотобактера, способных расти при наличии в среде тяжёлых металлов, % к числу испытанных [29] Вариант опыта * Дозы тяжёлых металлов, указанные в таблице, рассчитаны по уровням, принятым для оценки загрязнения почв.

тения роста фитопатогенов могут быть более раннее заселение азотфиксаторами корней растений, конкуренция за субстраты и отдельные элементы (например, за железо вследствие синтеза желе зосвязывающих сидерофоров), синтез антибиотических веществ анти фунгального и антибактериального действия.

В сельскохозяйственной микробиологии образовалось направле ние, связанное с поиском и практическим применением в растение водстве бактерий-антагонистов фитопатогенов.

Для уменьшения потери урожая сельскохозяйственных культур от поражения фитопатогенными микроорганизмами обычно исполь зуют химические способы защиты растений. Однако глобальное применение ядохимикатов ухудшает экологическую и фитосанитар ную ситуацию и приводит к загрязнению окружающей среды. Нару шается структура биоценозов и снижается их способность к само регуляции. Пестициды накапливаются в почве, воде, продуктах питания. Возрастает устойчивость к ним возбудителей заболеваний, в результате чего эффективность применения агрохимикатов умень шается. В связи с этим чрезвычайно важны разработки экологиче ски безопасных методов защиты растений, к которым относится метод биоконтроля.

Биопрепараты для защиты растений производят, как правило, на основе микроорганизмов-антагонистов фитопатогенов. Микроорга низмы, которые используют для защиты растений от фитопатогенных бактерий и грибов, называют биоконтролирующими агентами.

Биоконтроль подразумевает не полное уничтожение нежелательных микроорганизмов, а ограничение их доминирования и безудержного размножения, приводящего к уничтожению растения-хозяина [373].

Биоконтролирующими агентами в основном являются предста вители родов Bacillus, Agrobacterium, Pseudomonas, Azospirillum, Azotobacter. Преимущество биоконтролирующих микроорганизмов перед химическими средствами защиты растений состоит в том, что не происходит загрязнения окружающей среды и растительной продукции пестицидами, а у фитопатогенов гораздо труднее или вовсе не развивается «привыкание» к соответствующему биоагенту. Биоло гические агенты способны также возобновлять и активизировать механизмы саморегуляции агрофитоценозов, предупреждая обостре ние фитопатологических процессов.

Известно несколько механизмов биоконтролирующего действия микроорганизма-супрессора на фитопатоген. Предполагается, что биоагент и растение-хозяин обмениваются сигналами в виде хими ческих веществ, которые помогают этому «агенту» более успешно колонизировать растение. Биоконтролирующий эффект может быть также результатом выделения агентом веществ антибиотической природы. Например, флюоресцирующие псевдомонады продуцируют 2,4-фтороглюцинол, который подавляет рост гриба Gaeumannomyces graminis, вызывающего болезнь увядания пшеницы [373].

Gus-маркированный штамм Pseudomonas fluorescens активно подавляет рост мицелия и формирование макроконидий гриба Fusarium culmorum в ризосферной почве ячменя. При этом количество фитопатогена на корнях не уменьшается, а гриб находит более защищённую от конку рентов нишу — корни растений. Урожай ячменя после бактеризации возрастал [490].

Бактериостатическим веществом могут быть лектины некоторых почвенных диазотрофов (псевдомонад, азоспирилл, ризобий), обуслов ливая антагонистическую активность этих бактерий [215, 970].

Л. В. Карпуниной и соавт. [214] показано, что лектины (Л І и Л ІІ) почвенных азотфиксирующих бактерий Paenibacillus polymyxa 1460, выделенные с клеточной поверхности, при концентрации 1—10 мкг/мл подавляли рост Rhizobium leguminosarum и Bacillus subtilis 36. Кроме того, лектин Л ІІ проявлял бактерицидные свойст ва по отношению к двум штаммам Xanthomonas campestris и к штам му Azospirillum brasilense Sp245 в концентрации 5 мкг/мл, а лектин Л І подавлял рост этого штамма азоспирилл при минимальной концентрации, а также рост одного из четырёх исследованных штаммов Erwinia carotovora subsp. citrullis (603) при максимальной концентрации. В то же врема лектины бацилл не угнетали рост агробактерий, псевдомонад и некоторых азоспирилл. Обнаруженные факты авторы объясняют связыванием лектина бацилл со специ фичными рецепторами клеточной стенки (например, с глюкозами ном, входящим в состав пептидогликана — основного компонента клеточной стенки грамположительных бактерий).

Азотфиксирующие микроорганизмы в микробно-растительных системах Изучение влияния лектинов бацилл на мембранный аппарат почвенных диазотрофов (азоспирилл, бацилл, ризобий) показало увеличение проницаемости мембран исследуемых микроорганизмов под влиянием лектинов Paenibacillus polymyxa 1460, сопровождаю щееся потерей бактериями низкомолекулярных соединений. Однако, поскольку нарушение мембраны происходило не только у бактерий, рост которых ингибировался бациллами, но и у бактерий, в отноше нии которых не проявлялось бактерицидное действие лектинов, авто ры пришли к выводу, что бактерицидное действие исследованных лектинов бацилл может быть связано с ингибированием синтеза неко торых ферментов, находящихся в мембране или клеточной стенке аналогично известному механизму действия антибиотиков.

Возможны также механизмы вытеснения фитопатогена биоаген том путём конкуренции за сходные субстраты или отдельные элемен ты питания (например сидерофоры, помогающие связывать железо и другие металлы) [1091], лизирования клеток фитопатогенов с помо щью литических ферментов [7, 373], формирования защитной биопленки и продукции сурфактина и др. Имеются сведения [543] о том, что гибель клеток Erwinia rhapontici NCPPB139 при совместном культивировании с Bacillus subtilis 1107 связана с нарушением функ ции цитоплазматической мембраны эрвиний — повреждением систем, ответственных за транспорт ионов калия. Вытяжка из ризосферной почвы микоризованных растений оказывает ингибирующее действие на споруляцию корневого патогена Phytophthora [936].

Известны антагонистические свойства азотобактера по отношению к фитопатогенам и вредителям [2, 25], в том числе обезвреживающее действие на опасного вредителя растений — нематоду [663].

Нами изучено влияние культур азотобактера (Azotobacter chroococcum УКМ В-6003, Azotobacter chroococcum УКМ В-6082) на прорастание зооспорангиев и конидий фитопатогенных грибов Phytophthora іnfestans, Pseudoperonospora cubensis и Alternaria sp. Уста новлено, что исследуемые штаммы при концентрации суспензии 107—105 кл./мл способны угнетать развитие фитофторы и псевдопе роноспоры (табл. 33). На развитие Alternaria sp. ни один из иссле дуемых штаммов не влиял.

В лабораторно-вегетационном опыте (табл. 34) нами исследо ван защитный эффект культур азотобактера при искусственном заражении листьев томатов суспензией зооспорангиев возбудителя фитофтороза — Phytophthora infestans (Mont.) de Bary. Наибольший защитный эффект проявлялся при опрыскивании растений в фазе трёх—пяти настоящих листьев. Azotobacter chroococcum УКМ В- сдерживал развитие фитофтороза томатов на сорте Искорка на Таблица 33. влияние культур азотобактера на развитие фитопатогенных грибов Phytophthora іnfestans, Pseudoperonospora Вариант П р и м е ч а н и е. «–» — не определяли.

* Работа выполнена совместно с канд. с.-х. наук В. Г. Сергиенко (Институт защиты растений УААН).

Таблица 34. влияние культур азотобактера на поражённость томатов фитофторозом в разные фазы развития растения Азотфиксирующие микроорганизмы в микробно-растительных системах 57,1 %, на сорте Флора — на 42,9 % и 37,5 %. Эффективность препарата на основе Azotobacter chroococcum УКМ В-6003 была несколько ниже, чем у препарата на основе Azotobacter chroococcum УКМ В-6082, однако выше, чем у бактериального препарата Ризо план [395, 498].

В полевых условиях обработку биопрепаратами проводили с учётом природного развития болезни [498]. Доминирующей болез нью томатов в годы исследований (2003, 2004) была ранняя сухая пятнистость, или альтернариоз. Наибольший защитный эффект против альтернариоза томатов сорта Флора обеспечивал препарат азотобактера на основе штамма Azotobacter chroococcum УКМ В- после первой обработки (табл. 35). Его эффективность на ранней стадии развития заболевания растений составила 51,3 % и была выше, чем при применении фунгицида Ридомил Голд МЦ (46,1 %) Таблица 35. Эффективность культур азотобактера против заболеваний томатов сорта флора (Киевский НИЦ, 2003 г.)

I II III IV I II III IV

Контроль (без обработки) A. chroococcum УКМ В- A. chroococcum УКМ В- Байкал (эталон), 0,01 % Байкал + Ридомил Голд МЦ, 2 кг/га A. chroococcum УКМ Голд МЦ, 2 кг/га Иммуноцитофит (эталон), 0,02 % Ридомил Голд МЦ (эталон), 2 кг/га П р и м е ч а н и я: I — учёт заболевания через 1 нед после первой обработки;

II — учёт заболевания через 2 нед после первой обработки;

III — учёт заболевания через 1 нед после второй обработки;

IV — учёт заболевания через 2 нед после второй обработки.

и Иммуноцитофита (43,1 %) [406]. В следующие периоды развития растений более высокие показатели были получены при комплекс ной обработке Azotobacter chroococcum УКМ В-6082 совместно с Ридомилом Голд МЦ. В целом обработка культурами азотобактера была более эффективной, чем опрыскивание Байкалом ЕМ-1-У и Иммуноцитофитом.

Таким образом, обработка томатов исследуемыми препаратами на начальной стадии развития альтернариоза в наибольшей степени способствовала повышению устойчивости растений к этому заболеванию.

Обработка в период массового развития альтернариоза была менее эффективной. Так, при степени развития болезни на уровне 30—46,7 % (30. 07. 2003) эффективность препаратов была 14,3—42,8 %.

Для уменьшения пестицидной нагрузки и увеличения срока защит ного действия исследовали возможность применения бактериальных препаратов совместно с фунгицидом Ридомил Голд МЦ 68 WP при уменьшении нормы его использования на 20 %. Установлено, что совместное применение биологического и химического агентов в композиции Azotobacter chroococcum УКМ В-6082 + Ридомил Голд МЦ (2 кг/га) оказывало более пролонгированное положительное действие.

Аналогичные исследования были проведены на томатах сорта Атласный в 2004 г. [498]. В схему опыта вместо препаратов Байкал ЕМ-1-У и Иммуноцитофит, эффективность которых оказалась ниже по сравнению с препаратами азотфиксирующих бактерий, в качестве эталона был включен фунгицид Ридомил Голд Мц с полной нормой расхода (2,5 кг/га).

Как показали результаты исследований, на сорте Атласный действие культур азотобактера по ограничению развития альтерна риоза в начальный период развития болезни приближалось к действию фунгицида (табл. 36). Поражённость растений этим заболеванием при обработке культурой азотобактера была в 2,3 и 3,5 раза меньшей, чем в контроле, а эффективность действия составляла 57,1 и 71,4 %.

Эффективность комбинированной обработки суспензией азотобакте ра и Ридомилом Голд МЦ с уменьшенной нормой расхода (2 кг/га) была в основном выше, чем при применении одного фунгицида с такой же нормой расхода и в варианте с Azotobacter chroococcum УКМ В-6082 находилась на уровне эффективности варианта с Ридомилом Голд МЦ с полной нормой расхода.

Применение всех исследованных препаратов способствовало повышению урожайности томатов и качества плодов. Наибольший урожай плодов томатов сорта Флора был собран в варианте с азото бактерином на основе штамма Azotobacter chroococcum УКМ В- Азотфиксирующие микроорганизмы в микробно-растительных системах Таблица 36. Эффективность культур азотобактера против заболеваний томатов сорта Атласный (Киевский НИЦ, 2004 г.) Контроль (без обработки) A.chroococcum УКМ В- A.chroococcum УКМ В- A.chroococcum УКМ МЦ, 2 кг/га A.chroococcum УКМ МЦ, 2 кг/га Ридомил Голд МЦ (эталон), 2 кг/га Ридомил Голд МЦ (эталон), 2,5 кг/га П р и м е ч а н и е. Обработку проводили 06.07.2004 и 19.07.2004.

и с комбинацией Azotobacter chroococcum УКМ В-6082 + Ридомил Голд МЦ (2 кг/га), что соответственно на 80,8 и 70,7 ц/га выше, чем в контроле. На сорте Атласный препаративные инокулянты азотобактера также обеспечили существенное повышение урожая.

Наибольшая прибавка была получена при сочетанном применении Azotobacter chroococcum УКМ В-6003 + Ридомил Голд МЦ (24 % по сравнению с контролем), а также при использовании Azotobacter chroococcum УКМ В-6082. При этом прирост урожая на 17 % превы шал контрольную величину.

Следует подчеркнуть, что обработка томатов культурами азото бактера значительно снижала поражённость плодов альтернариозом и фитофторозом (см. табл. 35 и 36). Совместное использование биологических препаратов на основе азотобактера с фунгицидом Ридомил Голд МЦ 68 WP уменьшает норму расхода последнего на 20 % без снижения эффективности обработки, что имеет большое экологическое и экономическое значение.

Таким образом, в природных биотопах складываются разно образные взаимоотношения между микроорганизмами: от мутуали стических (взаимополезных) до антагонистических. Как правило, диазотрофы активно развиваются в составе смешанных популяций ризосферных микроорганизмов.

В зависимости от условий в агрофитоценозах может проявлять ся та или иная сторона действия ризосферных диазотрофов на растения: улучшение азотного и фосфорного питания, накопление в почве физиологически активных веществ и обмен биологически активными метаболитами между организмами, входящими в ценоз, увеличение количества полезных микроорганизмов, снижение забо леваемости растений путём биоконтроля фитопатогенов, обезвре живание вредителей.

Благодаря широкому спектру свойств, диазотрофы комплексно влияют на сельскохозяйственные культуры, повышая их урожай ность и улучшая качество получаемой продукции. Они способству ют очищению почвы от вредных соединений, тем самым внося существенный вклад в охрану окружающей среды. В то же время общебиологическая роль диазотрофов, по-видимому, состоит в поддержании баланса подвижных форм азота в почве и сохранении её плодородия.

в микробно-рАстительных системАх Стрептомицеты — представители рода Streptomyces (S. Waksman и А. Henrici, 1943) — хемоорганотрофные спорообразующие мицелиально го строения актинобактерии с метаболизмом окислительного типа;

обла дают широким набором ферментов;

способны использовать для жизне деятельности самые разнообразные органические соединения [1150].

Стрептомицеты образуют тонкие ценоцитные (не разделённые на клеточные субъединицы) гифы диаметром 0,5—2 мкм, редко распа дающиеся на фрагменты. На лабораторных средах гифы, развиваясь, образуют субстратный мицелий. Часть его проникает непосредствен но в среду, а часть разрастается на поверхности, образуя заметные невооруженным глазом колонии. Сразу после выделения колонии стрептомицетов обычно небольшие, обособленные, лишайникоподоб ные, кожистые или маслянистые. Поверхность колоний вначале отно сительно гладкая, но со временем на ней формируется переплетение гиф воздушного мицелия, который может быть зернистым, порош ковидным или бархатистым (рис. 64).



Pages:     | 1 |   ...   | 4 | 5 || 7 | 8 |   ...   | 17 |
 




Похожие материалы:

«Отдел по церковной благотворительности и социальному служению Русской Православной Церкви Региональная общественная организация поддержки социальной деятельности Русской Православной Церкви Милосердие Е.Б. Савостьянова Как организовать помощь кризисным семьям в сельской местности Опыт Курской областной организации Центр Милосердие Лепта Книга Москва 2013 1 УДК 364.652:314.6(1-22) ББК 60.991 С13 Серия Азбука милосердия: методические и справочные пособия Редакционная коллегия: епископ ...»

«Орловская областная публичная библиотека им. И. А. Бунина БИБЛИОТЕЧНО- ИНФОРМАЦИОННОЕ ПОЛЕ АГРАРИЕВ Орел 2010 ББК 78.386 Б 59 Библиотечно-информационное поле аграриев : методико-информацион- ный сборник / Орловская обл. публ. б-ка им. И. А. Бунина ; [сост. Е. А. Су- хотина]. – Орел : Издатель Александр Воробьёв, 2010. – 108 с. В настоящее время наблюдается резкое увеличение интереса специалистов агро промышленного комплекса к проблемам использования возможностей информационно коммуникационных ...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования КРАСНОЯРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. В.П. Астафьева ПОЛЕВАЯ БОТАНИКА МОРФОЛОГИЯ И СИСТЕМАТИКА ЦВЕТКОВЫХ РАСТЕНИЙ. ОСНОВЫ ФИТОЦЕНОЛОГИИ Учебное пособие Электронное издание КРАСНОЯРСК 2013 ББК 28.5я73 УДК 58 П 691 Составитель: Н.Н. Тупицына, доктор биологических наук, профессор Рецензенты: А.Н. Васильев, доктор ...»

«Департамент культуры города Москвы Государственный Дарвиновский музей КАТАЛОГ КОЛЛЕКЦИИ РЕДКАЯ КНИГА БОТАНИКА Москва 2013 ББК 79л6 К 95 Государственный Дарвиновский музей Составители: заведующая сектором Редкая книга В. В. Миронова, старший научный сотрудник Э. В. Павловская, заведующая справочно-библиографическим отделом О. П. Ваньшина Фотограф П. А. Богомазов Редакторы: Н. И. Трегуб, Т. С. Кабанова Каталог коллекции Редкая книга. Ботаника / cост. В. В. Миронова, Э. В. Павловская, О. П. ...»

«С.-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ В. С. ИПАТОВ, Л. А. КИРИКОВА ФИТОЦЕНОЛОГИЯ Рекомендовано Министерством общего и профессионального образования Российской Федерации в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направлению и специальности Биология САНКТ-ПЕТЕРБУРГ ИЗДАТЕЛЬСТВО С.-ПЕТЕРБУРГСКОГО УНИВЕРСИТЕТА 19 9 7 УДК 633.2/3 И76 Рецензенты: д-р биол. наук В. И. Василевич (БИН РАН), кафедра бо таники и экологии растений Воронежского университета (зав. ...»

«Петра Ньюмейер – Натуральные антибиотики ЗАЩИТА ОРГАНИЗМА БЕЗ ПОБОЧНЫХ ЭФФЕКТОВ МИР КНИГИ ББК 53.52 Н92 Petra Neumayer NATRLICHE ANTIBIOTIKA Ньюмейер, Петра Н 92 Натуральные антибиотики. Защита организма без побочных эффектов. / Пер. с нем. Ю. Ю. Зленко — М.: ООО ТД Издательство Мир книги, 2008. — 160 с. Данная книга является уникальным справочником по фитотерапии. Автор простым и доступным языком излагает историю открытия натуральных антибиотиков, приводит интересные факты, повествующие об их ...»

«Министерство сельского хозяйства Российской Федерации ФГБОУ ВПО Вологодская государственная молочнохозяйственная академия имени Н.В. Верещагина Первая ступень в науке 2 часть Сборник трудов ВГМХА по результатам работы II Ежегодной научно-практической студенческой конференции Экономический факультет Вологда – Молочное 2013 ББК: 65.9 (2Рос – в Вол) П 266 Редакционная коллегия: к.э.н., доцент Медведева Н.А.; к.э.н., доцент Юренева Т.Г.; к.э.н., доцент Иванова М.И.; к.э.н., доцент Бовыкина М.Г.; ...»

«И.П. Айдаров, А.И. Корольков ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ КОМПЛЕКСНЫХ МЕЛИОРАЦИЙ В РОССИИ МОСКВА, 2003 1 УДК В книге на основании обобщения результатов многолетних опытно-производственных и теоретических исследований и имеющегося опыта рассмотрены проблемы природопользования в сфере АПК и особенности природно-хозяйственных условий экономических районов. Дан анализ изменения основных свойств природных ландшафтов при трансформации их в агроландшафты. Выявлены причинно-следственные связи, на основании ...»

«Управление по охране окружающей среды Пермской области Пермский государственный университет Пермский государственный педагогический университет Жемчужины Прикамья (По страницам Красной книги Пермской области) Пермь 2003 УДК 574 ББК 28.088 Ж53 ЖЕМЧУЖИНЫ ПРИКАМЬЯ (По страницам Красной книги Пермской области) Издание предназначено для школьников, изучающих биологию и эко- логию в средних школах и лицеях по всем действующим программам, в ка честве регионального материала, а также в учреждениях ...»

«Министерство сельского хозяйства Российской Федерации Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Пермская государственная сельскохозяйственная академия имени академика Д.Н. Прянишникова ИННОВАЦИОННОМУ РАЗВИТИЮ АПК – НАУЧНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ Сборник научных статей Международной научно-практической конференции, посвященной 80-летию Пермской государственной сельскохозяйственной академии имени академика Д.Н. Прянишникова (Пермь 18 ноября 2010 года) Часть ...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РЕСПУБЛИКИ БАШКОРТОСТАН Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ООО БАШКИРСКАЯ ВЫСТАВОЧНАЯ КОМПАНИЯ НАУЧНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ УСТОЙЧИВОГО ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ И РАЗВИТИЯ АПК Часть III НАУЧНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ ЖИВОТНОВОДСТВА И ПЧЕЛОВОДСТВА ВЕТЕРИНАРНАЯ НАУКА – ПРОИЗВОДСТВУ Материалы всероссийской ...»

«Министерство сельского хозяйства РФ Департамент научно-технологической политики и образования Министерство сельского хозяйства Иркутской области Иркутская государственная сельскохозяйственная академия Аграрный университет, Краков, Польша Монгольский государственный сельскохозяйственный университет Белорусская государственная сельскохозяйственная академия Казахский национальный аграрный университет ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ АГРАРНОГО ПРОИЗВОДСТВА ЕВРАЗИИ Материалы ...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Е.Г. Парамонов, А.А. Маленко ОСНОВЫ ЛЕСОВОДСТВА И ЛЕСОПАРКОВОГО ХОЗЯЙСТВА Учебное пособие Барнаул Издательство АГАУ 2007 УДК 634.0.2.(635.91) Парамонов Е.Г. Основы лесоводства и лесопаркового хо зяйства: учебное пособие / Е.Г. Парамонов, А.А. Маленко. Бар наул: Изд-во АГАУ, 2007. 170 с. Учебное издание ...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Е.Г. Парамонов, А.П. Симоненко ОСНОВЫ АГРОЛЕСОМЕЛИОРАЦИИ Учебное пособие Барнаул Издательство АГАУ 2007 УДК 634.0.2.(635.91) Основы агролесомелиорации: учебное пособие / Е.Г. Пара монов, А.П. Симоненко. Барнаул: Изд-во АГАУ, 2007. 224 с. В учебном издании приведены основные положения, рас крывающие ...»

«издательство ВАЛЕНТИН Владивосток Издательство Валентин 2012 УДК 94(571.6) ББК 63.3 П13 Пак В. П13 Земля вольной надежды. Книга 1. Очерки дореволюци- онной истории Надеждинского района / В. Пак. – Вла- дивосток: Валентин; 2011. – 216с. ISBN 978-5-9901711-5-2 Земля Вольной Надежды раскрывает страницы истории На- деждинского района. Повествование охватывает в основном период с середины ХIХ века по 1917 год, когда шло заселение далёкой окраи ны, развивающей российскую государственность с момента ...»

«5 Turczaninowia 2002, 5(3) : 5–114 СИСТЕМАТИЧЕСКИЕ ОБЗРОРЫ УДК 582.683.2(47) В.И. Дорофеев V. Dorofeyev КРЕСТОЦВЕТНЫЕ (CRUCIFERAE JUSS.) ЕВРОПЕЙСКОЙ РОССИИ CRUCIFERAE OF EUROPEAN RUSSIA Предлагаемый Вашему вниманию список сем. Cruciferae Европейской России является второй большой попыткой познакомить читателей Turczaninowia с представителями европейских крестоцветных. Первая работа, опубликованная в 3 выпуске за 1998 год, касалась крестоцветных Средней полосы европейской части Российской ...»

«ЧТЕНИЯ ПАМЯТИ АЛЕКСЕЯ ИВАНОВИЧА КУРЕНЦОВА A. I. Kurentsov's Annual Memorial Meetings _ 2011 вып. XXII УДК 595.7.001 А.И. КУРЕЦОВ: ДНЕВНИК ОБ ЭКСПЕДИЦИИ В УССУРИЙСКИЙ КРАЙ В 1928 ГОДУ Ю.А Чистяков Биолого-почвенный институт ДВО РАН, г. Владивосток Приведены дневниковые записи А.И. Куренцова за время его шестимесячной экспедиции в Уссурийский край в 1928 г. Записи содержат данные о растениях и растительности, насекомых, птицах и других животных, встреченных А.И. Куренцовым во время экскурсий, ...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ АЛТАЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ Н.Д. ОВЧАРЕНКО, О.Г. ГРИБАНОВА БИОЛОГИЯ ЖИВОТНЫХ УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ Барнаул Издательство АГАУ 2012 УДК 574. (072) Рецензенты: д.б.н., профессор, зав. кафедрой экологии Алтайского государст венного университета Г.Г. Соколова; к.б.н., доцент кафедры генетики и разведения сельскохозяйствен ных ...»

«1 Основы идеологии белорусского государства Под общей редакцией профессора С.Н. Князева и профессора С.В. Решетникова МИНСК 2004 2 УДК ББК И Авторский коллектив: кандидат юридических наук, профессор Князев С.Н., доктор политических наук, профессор Решетников С.В., доктор юридических наук, профессор Василевич Г.А., доктор политических наук, профессор Земляков Л.Е., кандидат философских наук, доцент Денисюк Н.П., кандидат политических наук, доцент Антанович Н.А., доктор философских наук, ...»






 
© 2013 www.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.