Научный журнал
Фундаментальные исследования
ISSN 1812-7339
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,074

АНТАГОНИСТИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ РАСТИТЕЛЬНО-БАКТЕРИАЛЬНЫХ АССОЦИАНТОВ

Алексеева А.С. 1 Артамонова М.Н. 1 Потатуркина-Нестерова Н.И. 1
1 ФГБОУ ВПО «Ульяновский государственный университет»
Проведено сравнительное исследование по изучению антагонистического действия микроорганизмов, ассоциированных с растениями. Антагонистическая активность была изучена по отношению к условно-патогенным и патогенным микроорганизмам. Установлено, что из изученных изолятов антагонистический эффект выявлен у таких микроорганизмов, как Pseudomonas fluorescens и Bacillus subtilis. Условно-патогенные и патогенные микроорганизмы (Staphylococcus aureus и Escherichia coli) проявляют к бактериям-ассоциантам определенную чувствительность, которая выражалась в угнетении их роста. Полученные результаты могут стать основой для разработки новых методов борьбы не только с «традиционными» облигатными фитопатогенами, но и так называемыми полиморфными группами грибов, включающими как сапротрофные, так и паразитические формы, многие из которых известны как биоразрушители, патогены культурных и дикорастущих растений.
антагонизм
ризобактерии
бактерии-ассоцианты
1. Боронин А.М., Кочетков В.В. Биологические препараты на основе псевдомонад // АГРО XXI. – 2000. – 140 с
2. Бухарин О.В.Ассоциативный симбиоз / О.В. Бухарин, Е.С. Лобакова, Н.В. Немцева, С.В. Черкасов. – Екатеринбург: УрО РАН, 2006. – 264 с.
3. Глушанова Н.А., Блинов А.И., Бахаев В.В. Об антагонизме пробиотических лактобацилл // Эпидемиология и инфекционные болезни. – 2004. – № 6.
4. Добровольская Т.Г. Структура Бактериальных сообществ почв. – М.: Наука, 2002. – 282 с.
5. Звягинцев Д.Н. Растения как центры формирования бактериальных сообществ / Т.Г. Добровольская, Л.В. Лысак // Журн. общей биологии. – 1993. – Т. 54. – С. 183–199.
6. Определитель бактерий Берджи. В 2-х Т. Т. 1: пер с англ. / под ред. Дж. Хоулта, Н. Крига, П. Снита, Дж. Стейли, С. Уилльямса. – М.: Мир, !997. – 432 с., ил.
7. Проворов Н.А. Генетико-эволюционные основы учения о симбиозе // Журн. общ. биологии. – 2001. – Т. 62. –С. 472–495.
8. Умаров М.М. Микробиологическая трансформация азота в почве / М.М. Умаров, А.В. Кураков, А.Л. Степанов. – М.: Геос, 2007. – 137 с.
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.
10. Kuiper I.,Lagendijk E.L., Bloemberg G.V. e.a Rhizoremediation: a beneficial plant-microbe interaction. MPMI, 2004, 17(1): 6–15.

Популяции микроорганизмов, вступая в сложные взаимоотношения – конкурентные или кооперативные, при заселении различных частей органов, тканей микроорганизма формируют его специфический «микросимбиоценоз» [7]. При описании форм природных и искусственных сообществ микроорганизмов в литературе используется термин «ассоциации». В работах последнего десятилетия прошлого века для описания ассоциативных отношений или эктосимбиозов стали использовать термин «ассоциативный симбиоз» [8]. По мнению О.В. Бухарина, ассоциативный симбиоз – это многокомпонентная интегральная система, включающая хозяина в качестве макропартнера, стабильный доминантный микросимбионт и ассоциированные микросимбионты с разнонаправленными воздействиями, определяющими формирование, стабильность существования и продуктивность симбиоза в целом [2].

Большой интерес для исследований ассоциативных эктосимбиозов с микроорганизмами представляет ризосфера (узкая область почвы вдоль поверхности корней), так как она богато заселена микроорганизмами, оказывающими полифункциональное положительное влияние на растения [4]. Для обозначения таких бактерий используют термин plant growth promoting rhizobacteria (PGPR). Стимулирующие рост растений ассоциативные ризобактерии оказывают влияние на физиологические процессы растений, урожайность и качество растительной продукции [5], поэтому они все шире применяются в отечественном и мировом земледелии. Ризосфера служит их основной экологической нишей с наиболее благоприятными условиями [9]. В ризосферу из корней активно поступают сложные смеси легкодоступных органических источников энергии и углерода, что обусловливает ее высокую микробиологическую активность и образование отличающихся от почвенного микробоценоза специфических ризосферных микробных сообществ [7, 10].

На поверхности вегетативных подземных органов растений в основном доминируют грамотрицательные бактерии родов Pseudomonas, Erwinia, Xanthomonas, Flavobacterium, а в ризосфере и ризоплане растений – Pseudomonas, Flavobacterium, Agrobacterium, Azospirillum [2, 4]. Механизм действия этих микроорганизмов на фитопатогены включает конкуренцию за источник питания, эффективную колонизацию ризосферы, синтез антибиотических и рострегулирующих веществ [1]. Ассоциативные микроорганизмы, выделяющие в процессе роста антибиотические гетерогенные низкомолекулярные вещества, способны при низких концентрациях подавлять активность других микроорганизмов и тем самым влиять на жизнедеятельность растений [5].

Для изучения взаимодействий с полезными формами бактерий в ризосфере продуктивна концепция, согласно которой ассоциативные ризобактерии образуют с растением единую растительно-микробную систему с новыми свойствами, детерминированными положительным взаимодействием партнёров [2]. К ассоциативным предложено относить виды микроорганизмов, оказывающие положительное влияние на растения, но колонизирующие только поверхности органов и/или свободные пространства тканей. Ассоциативные микроорганизмы обитают в зоне прямого влияния растений, прилегающей к корням в почве или заселяют поверхность корней. Ризосферные микроорганизмы формируют на корнях растений сложные по таксономическому составу и структурно-функциональной организации сообщества, которые оказывают на растения полифункциональное воздействие [4].

Механизмы положительного влияния ризобактерий на жизнедеятельность растений делят на прямые и опосредованные. К прямым способам воздействия на растения предлагают относить: ассоциативную азотфиксацию, образование ростстимулирующих веществ, обеспечение легкоусвояемыми формами железа, фосфора и/или поглощение их из почвы и доставку в растения, формирование специфических трофических связей, уменьшение уровня этилена. Непрямые способы – предотвращение или уменьшение роста фитопатогенных почвенных микроорганизмов за счет выделения бактерицидных и антифунгальных метаболитов [2, 9].

Одной из важнейших проблем современного растениеводства являются фитопатогены, не только «традиционные» (облигатные), но и так называемые полиморфные группы грибов, включающие как сапротрофные, так и паразитические формы, многие из которых известны как биоразрушители, патогены культурных и дикорастущих растений [10]. Большинство сортов сельскохозяйственных культур в среднем реализуют только 20–25 % генетического потенциала продуктивности. При обеспечении защиты от возбудителей болезней, вредителей и сорняков они способны формировать значительно больший урожай. Среднемировой уровень потерь вследствие поражения сельскохозяйственных растений фитопатогенными микроорганизмами оценивается в 12 %. Это определяет важность защиты растений как одного из факторов интенсивного растениеводства. Установлено, что в борьбе с возбудителями болезней растений возможно использовать бактерии, обладающие антагонистическим действием по отношению к фитопатогенам [9]. Имеются сведения о том, что формирование эффективной растительно-бактериальной ассоциации определяется не только количеством выделяемых растением в ризосферное пространство растворимых органических соединений (экссудатов), но и их качественным составом, влияющим на приживаемость и размножение штамма в ризосфере. По этой причине можно говорить об относительной приуроченности штаммов PGPR к определенным видам и даже сортам растений, имеющим специфические характеристики химических корневых выделений [10]. Однако до сих пор антагонистическая активность ризосферных бактерий по отношению к фитопатогенам остается малоизученной.

Целью исследования явилось изучение антагонистической активности растительно-бактериальных ассоциантов по отношению к условно-патогенной и патогенной микрофлоре.

Материалы и методы исследования

Для выделения и идентификации используемых культур использовали такие питательные среды, как ЖСА, Эндо и МПА (Оболенск). Видовую идентификацию выделенных микробных ассоциантов проводили на основе изучения их морфологических, тинкториальных и биохимических свойств [6]. Для выявления Pseudomonas fluorescens использовали люминесцентную микроскопию (микроскоп – МИКМЕД-6 ЛЮМLed).

Антагонистический эффект выявляли у бактерий Pseudomonas fluorescens и Bacillus subtilis. В качестве тест-объекта использовали Staphylococcus aureus и Escherichia coli, обладающие типичными свойствами. Staphylococcus aureus – грамположительные кокки, диаметром 0,5–1,5 мкм, расположенные в мазке в виде небольших групп или виноградных гроздей, неподвижные (не имеют жгутиков), не образующие спор. Биохимически очень активны: продуцировали каталазу, восстанавливали нитриты из азота, обладали способностью гидролизовать белки, расщеплять многие углеводы в аэробных условиях. S. aureus расщепляли маннит и глюкозу не только в аэробных условиях, но и в анаэробных. Escherichia coli – короткие подвижные грамотрицательные палочки с закругленными концами, ферментировали лактозу с образование кислоты и газа (или лактозонегативны), на голодной среде c цитратом не расли, реакция Фогеса‒Проскауэра отрицательна, проба с MR положительна, не имели фенилаланиндезаминазы, не давали рост на среде с KCN [6]. Определение антимикробной активности проводили методом перпендикулярных штрихов [3]. Испытуемые штаммы наносили в виде штриха по диаметру, после инкубации 2–3 суток при температуре 37 °С к штаммам перпендикулярно подсевали тест-объекты (S.aureus и E.coli.). Антимикробные вещества, диффундирующие в толщу агара, задерживали рост чувствительных к ним микроорганизмов, что проявлялось в образовании зон отсутствия роста микробов (мм). О наличии и степени антагонистической активности у испытуемой бактерии судили по величине зоны ингибирования тест-штамма на границе со штрихом роста бактерии.

Результаты исследования и их обсуждение

Проведенные исследования показали, что в микробоценозе ризосферы и ризопланы изученных семейств растений преобладали Pseudomonas fluorescens и Bacillus subtilis, характерной особенностью P. fluorescens являлись флюоресценция в ультрафиолетовом цвете, расщепление оксидазы и окисление глюкозы OF. P. fluorescens, в отличие от B.subtilis обладали подвижностью. B.subtilis проявляли маннит- и каталазаположительную активность, не расщепляли мочевину, обладали способностью к спорообразованию и давали положительную реакцию Фогеса‒Проскауэра (табл. 1).

Таблица 1

Биохимическая активность ризосферных бактерий

Биохимические свойства

P. fluorescens

B.subtilis

Наличие спор

+

Повижность

+

Ферментация лецитиназы

+

Ферментация маннита

+

+

Ферментация ксилозы

+

+

Образование уреазы

V

Редукция нитратов

(–)

+

Реакция Фогеса‒Проскауэра

+

Синтез пиовердина, флюоресцирующего в УФ-свете

+

Примечания:

«–» – 0–10 % штаммов положительные;

(–) – 11–25 % штаммов положительные;

V – 26–75 % штаммов положительные;

«+» – 90–100 % штаммов положительные.

P. fluorescens и B.subtilis проявляли выраженную антагонистическую активность в отношении обеих тест-культур (рисунок).

а pic_65.tif б pic_66.tif

Антагонистическая активность B.subtilis (а) P. fluorescens (б) по отношению к E. coli (1) и S. aureus (2)

Проведенные исследования показали, что большей чувствительностью к действию ассоциативных ризобактерий обладала E. coli (табл. 2). Чувствительность E. coli к P. fluorescens в 8,0 раз превышает чувствительность S.aureus к данной бактерии. По отношению к B.subtilis, E. coli превышает чувствительность S.aureus в 2,7 раз.

Культура S. aureus оказалась устойчивой к антагонистическому действию ассоциативных ризобактерий. Из исследуемых бактериальных ассоциантов наибольшей активностью обладал B. subtilis, что, вероятно, обусловлено синтезом антибиотикоподобных веществ и сидерофоров.

Таблица 2

Антагонистическая активность P. fluorescens и B.subtilis (мм)

Тест-культуры

Величина зоны отсутствия роста бактерий (мм) при взаимодействии с :

Staphylococcus aureus

Escherichia coli

Pseudomonas fluorescens

1,5 ± 0,5

12,1 ± 0,4

Bacillus subtilis

10,2 ± 0,6

28,0 ± 0,5

Примечание: * – достоверность показателя по сравнению с диаметром зоны отсутствия роста S. aureus (р < 0,05).

Выводы

1. Микробные ассоцианты P. fluorescens и B.subtilis обладают антагонистической активностью в отношении E. coli и S. aureus. Антагонистическая активность B.subtilis по отношению к E. coli в 2,3 раз превышает действие P. fluorescens. По отношению к S. aureus антагонистическая активность B.subtilis в 6,8 раз превосходит активность P. fluorescens.

2. Наибольшая устойчивость к антагонистическому действию исследуемых штаммов из изученных тест-культур проявляется у S. aureus, которая превышает устойчивость E. coli в 2,7 раз по отношению к B.subtilis и в 8,0 раз по отношению к P. fluorescens.

Рецензенты:

Золотухин В.В., д.б.н., профессор кафедры зоологии, ФГБОУ ВПО «Ульяновский государственный педагогический университет им. И.Н. Ульянова», г. Ульяновск;

Артемьева Е.А., д.б.н., профессор кафедры зоологии, ФГБОУ ВПО «Ульяновский государственный педагогический университет им. И.Н. Ульянова», г. Ульяновск.

Работа поступила в редакцию 19.12.2013.


Библиографическая ссылка

Алексеева А.С., Артамонова М.Н., Потатуркина-Нестерова Н.И. АНТАГОНИСТИЧЕСКАЯ АКТИВНОСТЬ РАСТИТЕЛЬНО-БАКТЕРИАЛЬНЫХ АССОЦИАНТОВ // Фундаментальные исследования. – 2013. – № 11-5. – С. 929-932;
URL: http://www.fundamental-research.ru/ru/article/view?id=33227 (дата обращения: 13.12.2019).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074