Биопрепараты на основе бактерий рода
|
Скачать 3.26 Mb.
|
| НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ М.В. Штерншис, А.А. Беляев, В.П. Цветкова, Т.В.Шпатова, А.А. Леляк, С.А. Бахвалов БИОПРЕПАРАТЫ НА ОСНОВЕ БАКТЕРИЙ РОДА BACILLUS ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ЗДОРОВЬЕМ РАСТЕНИЙ НОВОСИБИРСК ИЗДАТЕЛЬСТВО СИБИРСКОГО ОТДЕЛЕНИЯ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК 2016 УДК 632.937:579.26 Рекомендовано к печати Ученым советом Новосибирского государственного аграрного университета Рецензенты: Доктор биологических наук Л.А. Осинцева Доктор биологических наук И.Г. Воробьева Издание осуществлено при финансовой поддержке Российского научного фонда (проект 14-16-00101) В монографии изложены результаты исследований, проведенных в регионе Западной Сибири, климатические условия которого определяют достаточно сильное влияние абиотических факторов на взаимодействия в системе триотрофа (растение – повреждающий организм – полезная бактерия). Результаты многолетней работы коллектива авторов обсуждены в рамках концепции управления здоровьем растений в контексте с данными отечественных и зарубежных авторов. Основное внимание уделено возможностям разработки и использования полифункциональных биопрепаратов на основе антагонистических и энтомопатогенных бактерий рода Bacillus, в максимальной степени отвечающим концепции управления здоровьем растений. Книга предназначена для широкого круга читателей - специалистов в области биотехнологии, защиты растений и экологии, а также на преподавателей и студентов вузов биологического и сельскохозяйственного профиля. ВВЕДЕНИЕ Микробные препараты, основой которых являются природные микроорганизмы, включая бактерии рода Bacillus, многие годы производятся во всем мире и используются в рамках интегрированной защиты растений для микробиологического контроля вредных организмов, повреждающих растения. В XXI веке в литературе все чаще в качестве синонима «интегрированная защита растений» стали употреблять термин «управление здоровьем растений» [Cook, 2000; Sharma, Singh, 2007; Berg, 2009]. В то же время некоторые авторы указывали на отличие этих двух понятий, например, по мнению Р. Кука [Cook, 2000], последнему термину более всего соответствует биологический контроль болезней растений, включая индукцию болезнеустойчивости. В настоящее время под управлением здоровьем растений подразумевают биологический контроль повреждающих их болезней и вредителей, связанные с этим эффекты колонизации корневой системы и надземной части растений микробными агентами биоконтроля, последующее усиление роста и развития растений, индукцию системной устойчивости, повышение сопротивляемости растений неблагоприятному влиянию абиотических факторов, усилению поглощения из почвы питательных веществ (микро- и макро-нутриентов), что в конечном счете ведет к увеличению продуктивности культур [Aroca, Ruiz-Lozanni, 2009; Yang et al., 2009; Verma et al., 2010]. Управление здоровьем растений предполагает знание факторов, влияющих на вредителей, болезни и физиологию растений, что зависит от их вида или сорта, а также от климатических особенностей региона произрастания. Понимание и преодоление негативного влияния биотических и абиотических факторов, лимитирующих растение в плане полной реализации его генетического потенциала, отвечает требованиям управления здоровьем растений. При этом биологический контроль фитопатогенных микроорганизмов и насекомых-фитофагов является наиболее значимым подходом к управлению здоровьем растений, способным учитывать влияние факторов окружающей среды при сохранении биоразнообразия в экосистемах. Во всем мире, в том числе в России, в последние годы усилились исследования по разработке биологических препаратов на основе таких природных полезных организмов как бактерии рода Bacillus. Изучены, например, многочисленные штаммы B. subtilis, отличающиеся природным источником выделения и географическим происхождением [Пашкевич, 2009]. Важна селекция выделенных из природы полезных штаммов и дальнейшие исследования по выявлению оптимальных условий их культивирования для получения препаративных форм биопестицидов. Биологические препараты на основе полезных бацилл для защиты растений от вредителей и болезней являются экологически безопасной альтернативой химическим (синтетическим) пестицидам. Однако в сельском и лесном хозяйстве замещение химических пестицидов биопрепаратами для улучшения здоровья растений происходит не столь быстрыми темпами, как можно было бы ожидать. В частности, это связано с тем, что производителям растениеводческой продукции импонирует скорость и более широкий спектр действия химикатов. С этой точки зрения следует искать подходы к усилению роли микробных агентов биоконтроля в управлении здоровьем растений. Резервом такого подхода являются исследования по расширению функций микроорганизмов, составляющих основу потенциальных биопрепаратов. В России на примере разработки биопрепаратов гамаир (B. subtilis, штамм М-22 ВИЗР) и алирин-Б (B. subtilis, штамм В-10 ВИЗР) предложена концепция создания полифункциональных препаратов комплексного действия с фунгицидной, бактерицидной и фиторегуляторной активностью [Новикова, 2005]. Другим аспектом проблемы полифункционального действия биопрепаратов явилась демонстрация проявления штаммом энтомопатогенной бактерии Bacillus thuringiensis subsp. darmstadiensis одновременно инсектицидных и фунгицидных свойств наряду с ростостимулирующим эффектом [Гришечкина, Смирнов, 2010]. В развитие этих подходов вносят вклад исследования, показывающие, что при доминировании антагонизма одним штаммом бацилл дополнительно проявляются инсектицидные свойства, а в случае энтомопатогенных бактерий рода Bacillus наблюдают одновременное подавление фитопатогенных микроорганизмов с учетом взаимодействий в системе триотрофа наряду с ростостимулирующим эффектом, а также способностью повышать устойчивость растений к действию факторов окружающей среды. При включении бацилл в качестве основы биопрепаратов в ризосферную или эпифитную микрофлору растений происходит определенная модификация окружающей среды, полезная как для здоровья растений, так и для здоровья животных и человека, потребляющих растительную пищу. В настоящем издании представлены результаты исследований авторов по многофункциональному действию бактерий рода Bacillus, участвующим в управлении здоровьем растений. Приведены данные по взаимодействию растений с фитопатогенами и фитофагами как основными повреждающими факторами для растения, с одной стороны, и объектами для действия биопрепаратов на основе Bacillus, с другой стороны. Обращено внимание на проблемы, возникающие при создании бактериальных препаратов для управления здоровьем растений. Подчеркнуты такие аспекты как проявление ростостимулирующих и инсекто-фунгицидных свойств бацилл - основы биопрепаратов, их способность индуцировать устойчивость растений к биотическим и абиотическим факторам среды в зависимости от вида или сорта культуры. В целом, проанализированы и обобщены многолетние данные лабораторных и полевых экспериментов, проведенных в сибирских условиях, в контексте с публикациями отечественных и зарубежных ученых. Г л а в а 1 ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ МЕЖДУ РАСТЕНИЯМИ, ФИТОПАТОГЕНАМИ, ФИТОФАГАМИ И ПОЛЕЗНЫМИ БАЦИЛЛАМИ 1.1. Влияние фитопатогенных организмов на растения Круг известных фитопатогенов (более 40000 видов) включает разнообразные группы организмов. Доминируют по количеству фитопатогенных видов и хозяйственному значению грибы (царство Mycota) (более 80% возбудителей наиболее вредоносных болезней основных сельскохозяйственных культур). Существенное значение имеют также фитопатогенные бактерии (Eubacteria) и вирусы (Vira). Известны фитопатогены среди вироидов (Viroids), слизевиков (Plasmodiophoromycota), микоплазм (Mollicutes), актиномицетов (Actinobacteria), риккетсий (Rickettsia) и цветковых растений (Magnoliophyta). Инфекционные болезни растений – это болезни, которые имеют причиной взаимодействие растения с болезнетворными микроорганизмами и для которых общим признаком является передача от зараженного организма к здоровому. Характерная особенность инфекционных болезней – обязательное наличие чужеродного болезнетворного организма, который развивается на поверхности или внутри растения, извлекает из его клеток питательные вещества и приводит растение к заболеванию. Такой организм называют паразитом. Соответственно, паразитизм – это форма взаимоотношений двух организмов, принадлежащих к разным видам и носящая антагонистический характер, при которой один организм (паразит) использует другого (хозяина) в качестве источника пищи и среды обитания [Фундаментальная фитопатология..., 2012]. Как известно, основными свойствами паразитического организма являются: хемотропизм – привлечение выделениями хозяина; агрессивность – способность переходить на питание за счет хозяина; патогенность – способность вызывать болезнь хозяина, причинить вред [Гойман, 1954]. Микроорганизмы, использующие для питания мертвые органические вещества растительных и животных остатков называют сапротрофами. Если микроорганизм способен не только потреблять готовые мертвые органические вещества, но и убивать ещё живые, но ослабленные близлежащие клетки живых растений, выделяя токсины, а затем питаться этими мёртвыми тканями, такой организм является по образу жизни факультативным паразитом (а по способу питания некротрофом). К факультативным паразитам относятся, например, возбудители ризоктониоза картофеля, фузариоза малины, серой гнили и другие. Ряд микроорганизмов ведут паразитический образ жизни, но в определённых условиях могут развиваться и на мёртвом органическом субстрате. Их по образу жизни характеризуют как факультативных сапротрофов или полупаразитов, по способу питания они являются гемибиотрофами [Фундаментальная фитопатология..., 2012]. К этой группе, в частности, относятся возбудители антракноза и септориза смородины и крыжовника, рамуляриоза земляники, пурпуровой пятнистости малины. Паразиты, которые могут питаться исключительно за счёт живого хозяина, называются облигатными (по способу питания – биотрофами). Гибель хозяина приводит к гибели и облигатного паразита. К облигатным паразитам относятся вирусы и микоплазмы растений, грибы-возбудители ржавчины, настоящей и ложной мучнистой росы. Фитопатогенные микроорганизмы характеризуются специализацией –способностью заражать определённый круг растений, вследствие приуроченности к ним как питательному субстрату. Растение-хозяин, во-первых, должно содержать питательные вещества в форме, доступной для метаболизма патогена; во-вторых, в растении-хозяине должны отсутствовать токсичные для патогена соединения, которые он не смог бы нейтрализовать. Фитопатогены могут быть монофагами или полифагами, то есть быть приуроченными к определённой таксономической принадлежности хозяев –семействам, порядкам, классам (филогенетическая специализация); более узкая специализация – к определенным родам, видам и сортам рассматривается как физиологическая специализация (фитопатоген при этом внутри вида дифференцируется на специализированные формы, расы, биотипы и штаммы). Кроме того, фитопатогены могут быть приурочены к поражению растений в определённый период их развития (онтогенетическая или возрастно-физиологическая специализация), или к поражению определенных органов (органотропная специализация) или тканей (гистотропная специализация) [Шкаликов и др., 2005; Фундаментальная фитопатология..., 2012]. Наряду с инфекционными заболеваниями растения поражаются множеством неинфекционных болезней, которые имеют чрезвычайно разнообразную природу. Неинфекционными фитопатогенными факторами могут быть температурные колебания, засуха, избыточное увлажнение, дефициты питательных веществ, засоленность почвы и др. При воздействии на растение неблагоприятных факторов (стрессоров) в нем возникает напряженное состояние, отклонение от нормы – стресс. Стресс – это общая неспецифическая адаптационная реакция организма на действие любых неблагоприятных факторов. Выделяют три основные группы факторов, вызывающих стресс у растений: физические — недостаточная или избыточная влажность, освещенность, температура, радиоактивное излучение, механические воздействия; химические – соли, газы, ксенобиотики (гербициды, инсектициды, фунгициды, промышленные отходы и др.); биологические – поражение возбудителями болезней или вредителями, конкуренция с другими растениями, влияние животных, цветение, созревание плодов [Чиркова, 2002]. Различные стрессоры вызывают у растений общие изменения процессов обмена веществ: – торможение синтеза гормонов роста и усиление образования ингибиторов; – подавление энергетических процессов; – нарушение функционирования мембран, увеличение их проницаемости, деполяризацию плазмалеммы; – активацию синтеза специальных стрессовых белков на фоне общего снижения синтетических процессов; – усиление процессов гидролиза и закисление цитоплазмы. Если интенсивность действия стресс-факторов не превышает адаптивных возможностей растения, то умеренные, повторяющиеся стрессы способствуют закаливанию организма. Наоборот, превышение в интенсивности и/или продолжительности воздействия стресс-факторов генетически обусловленных границ адаптации растений приводит к немедленной гибели организма растения, либо к развитию в организме патологических процессов [Шпаар и др., 2004]. Кроме того, последствия стрессового воздействия могут остаться в растении в латентном состоянии и оказать влияние на формирование его устойчивости к другим абиотическим стрессам или инфекционным заболеваниям. В этом отношении следует принимать во внимание роль стресс-факторов в формировании предрасположенности растений к инфекционным заболеваниям, и, с другой стороны, существенное значение сопряженности инфекционных заболеваний растений с неинфекционными стрессами и патологиями [Шкаликов и др., 2005]. Предрасположенность растений к заражению более четко проявляется по отношению к факультативным паразитам и факультативным сапротрофам, чем к облигатным паразитам. Предрасположенность к заболеванию возникает ещё до заражения фитопатогеном и затем отражается на уровне устойчивости растения в процессе фактического взаимодействия с фитопатогенным организмом. Она может быть обусловлена как генетическими факторами (отсутствие генов устойчивости), так и невозможностью или недостаточной реализацией генетического потенциала устойчивости, вследствие действия внешних стрессовых и патологических факторов. Согласно сложившимся представлениям, у растений различают два основных типа иммунитета: врожденный (естественный, конституциональный) и приобретенный (искусственный). Врожденный иммунитет обусловлен факторами, действующими до заражения растения (пассивный иммунитет) и факторами, действующими в ответ на заражение (активный иммунитет). Приобретенный (или индуцированный) иммунитет возникает без изменения генома растения в результате перенесенного заболевания (инфекционный приобретенный иммунитет) или под влиянием внешних факторов, не связанных с данным возбудителем – абиотических и биотических индукторов (элиситоров), вызывающих фенотипическую иммунокоррекцию на основе изменения уровня экспрессии защитных генов растения [Шапиро и др., 1986; Озерецковская, 1994, 2002; Озерецковская, Васюкова, 2002; Тютерев, 2005; Шкаликов и др., 2005]. К пассивному иммунитету относится, в частности, система анатомо-морфологических барьеров, включающая такие факторы как габитус растения, наличие на поверхности органов волосков опушения, воскового и кутикулярного слоя, пробкового слоя, биохимические барьеры (химический состав тканей, наличие фитонцидов, алкалоидов, гликозидов), недоступность и пищевая неполноценность основных биополимеров растения, несоответствие ростовых процессов растения ритму развития вредного организмов и другие. К пассивному иммунитету относятся также компенсаторные реакции, обеспечивающие восстановление нарушенных функций, при сохранении благоприятных условий для развития вредного организма [Вилкова, Шапиро, 1984; Шапиро и др., 1986; Шкаликов и др., 2005]. Учитывая существенную роль экологических факторов в формировании предрасположенности растений к болезням необходимо целенаправленно формировать условия выращивания культурных растений, в которых происходит реализация генетического адаптивного потенциала устойчивости как к абиотическим, так и биотическим стрессам и патологиям, в том числе при помощи экологически безопасных средств путем воздействия на растения и среду их обитания биоагентами, обладающими полифункциональными свойствами. С учетом обсуждения в последующих главах результатов наших исследований, касающихся подходов к биологическому контролю болезней растений на примере ягодных культур и картофеля, рассмотрим взаимодействие растений с основными фитопатогенными грибами, вызывающими болезни смородины, крыжовника, малины, земляники и картофеля. |
Похожие:
 |
Методическая разработка для студентов медицинских колледжей и училищ... Овладение знаниями и умениями по бактериологическому методу исследованию, освоение общих компетенций ок 1, ок 6, 7, 8, ок 12 |
|
Фамильная ветвь Фамилия имя рода или ветви рода. Рода имеют родоначальников в 10 12 веке, имена кланов (фамилии) как правило, пошли с тех давних... |
|
Форма выпуска Таблетки Состав Абактал синтетический противомикробный препарат из группы фторхинолонов. Оказывает бактерицидное действие, ингибируя репликацию ДНК... |
 |
Курсовая работа на тему: «Распространение микроорганизмов рода Clostridium... Получение ацетона и бутанола в ходе бактериального брожения представителей рода Сlostridium |
|
Морфологические свойства бактерий и методы их выявления Речкин А. И., Копылова Г. Е., Кравченко Г. А. Морфологические свойства бактерий и методы их выявления: Учебно-методическое пособие... |
|
Инструкция по применению питательного агара для выделения листерий палкам ... |
|
Инструкция по применению питательного агара для выделения листерий пал ... |
|
Благотворительность в зеркале сми Двери нашего центра открыты для всех. Практически все проводимые в центре мероприятия организованы на благотворительной основе. Благотворительность... |
|
Оао «Птицефабрика «Боровская» Документация Номер в плане закупок 51, 50 ... |
|
Обучающая программа по дисциплине Организация ЭВМ и систем содержание В авм для решения такого рода уравнений обычно используются электрические процессы, которые описываются (моделируются) такого же... |
|
Гуп рт «республиканский информационно-вычислительный центр» информационно-консультационный центр Биопрепараты комплексного действия повышают продуктивность и защищают растения от болезней |
|
Люси Истоки рода человеческого Перевод с английского канд биол наук... Восточной Африке, которые во многом изменили привычную картину происхождения и становления человеческого рода. Связанные с именами... |
|
Рекомендации по эксплуатации и применению Воздействие на организм «мёртвой» воды Подавляет развитие болезнетворных бактерий, вирусов, возбудителей грибковых заболеваний |
|
На художественном абонементе представлена подборка книг «Ожидание... «Ожидание обезьян». Это своего рода литературное путешествие накануне нового года – Года обезьян. Цель подборки познакомить читателя... |
|
Методические указания по выявлению бактерий Legionella Федеральная служба по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека (Г. Ф. Лазикова, Ю. М. Федоров) |
|
Прокофьев Евгений Сергеевич Содержание представителей рода Mycobacterium... Содержание представителей рода Mycobacterium в воде и обрастаниях аквариумов с замкнутой системой очистки воды |