Механизм воздействия

Устойчивость растений к заболеваниям, вызываемым почвенными фитопатогенами, во многом определяется результатами взаимодействия между корневой системой растений и разнообразными микроорганизмами. Совокупность корневой системы с почвой представляет собой сложную экологическую нишу, заселенную полезными, вредными и нейтральными для растений микроорганизмами.

Активная секреция клетками корня различных веществ обеспечивает питательными субстратами микроорганизмы, образующие с ним прочные ассоциации как внутри корневых тканей, так и на корневой поверхности (ризоплане), а также в почве, непосредственно окружающей корни (ризосфере). В ризосфере, в отличие от свободной от корней почвы, доминируют грамотрицательные бактерии, причем преобладают флуоресцирующие бактерии рода Pseudomonas. Некоторые штаммы бактерий Pseudomonas putida, P. fluorescens, P. aureofaciens (chlororaphis), P. corrugata и др. способствуют значительному улучшению роста и развития растений. В настоящее время бактерии, обладающие совокупностью полезных для растений свойств, принято обозначать как PGPR (от Plant Growth-Promoting Rhizobacteria - ризобактерии, способствующие росту растений).

Влияние PGPR PSEUDOMONAS на растения

Все изученные к настоящему времени механизмы положительного влияния псевдомонад на растения можно условно разделить на два типа:
1) прямая или непосредственная стимуляция роста растений за счет синтеза различных метаболитов, полезных для растений;

2) опосредованная стимуляция роста растений за счет вытеснения и подавления развития почвенных фитопатогенов или микроорганизмов, угнетающих рост растений.

К первому типу прежде всего можно отнести способность PGPR Pseudomonas синтезировать регуляторы роста растений и улучшать фосфорное питание растений. Кроме того, некоторые штаммы псевдомонад способны к индукции у растений устойчивости к фитопатогенам.

Прямая стимуляция роста растений

Синтез регуляторов роста растений. У ризосферных псевдомонад наиболее хорошо изучена способность к синтезу индолил-3-уксусной кислоты (ИУК), которая, как известно, стимулирует развитие корневой системы растений. Помимо ИУК бактерии рода Pseudomonas могут продуцировать и другие регуляторы роста растений, как, например, гибберелинподобные вещества

Улучшение фосфорного питания растений. Фосфор присутствует в почве в виде органических (отложения растительного, животного и микробного происхождения) и неорганических или минеральных соединений. Из этого общего пула фосфорных соединений только около 5% доступны растениям. Бактерии рода Pseudomonas способны к эффективному растворению фосфорных соединений, что можно использовать для улучшения фосфорного питания растений.

Индукция резистентности к фитопатогенам. Обработка корней определенными штаммами PGPR повышает устойчивость растений к фитопатогенным грибам. При этом отмечаются усиление лигнификации корневой ткани и повышение содержания фитоалексинов в стеблях растений.

Опосредованная стимуляция роста растений

Бактерии рода Pseudomonas - одна из наиболее изученных групп бактерий-антагонистов почвенных фитопатогенов. К настоящему времени выделено множество штаммов ризосферных псевдомонад, подавляющих или замедляющих рост и развитие фитопатогенных грибов и бактерий. Механизмы антагонистических взаимодействий псевдомонад и фитопатогенов весьма различны. Рассмотрим два из них, наиболее хорошо изученных и важных с точки зрения практического использования ризобактерий Pseudomonas.

Продукция сидерофоров. Хорошо известна способность псевдомонад продуцировать желто-зеленые флуоресцирующие водорастворимые пигменты, называемые сидерофорами, которые выполняют функцию связывания и транспорта железа в клетки бактерий. Сидерофоры флуоресцирующих псевдомонад имеют различную химическую структуру и обладают, как правило, высоким сродством к трехвалентному железу, образуя с ним стабильные комплексы, недоступные для использования фитопатогенами. Таким образом, связывание железа сидерофорами псевдомонад приводит к ограничению роста фитопатогенов и улучшению роста растений.

Синтез антибиотиков. PGPR Pseudomonas способны продуцировать широкий спектр вторичных метаболитов, в том числе антибиотиков. Наиболее хорошо изученными антибиотиками, играющими важную роль в супрессии болезней растений, являются антибиотики группы феназинов, флороглюцинов, пиолютеорин, пирролнитрин и оомицин А.

Среди PGPR различных таксономических групп выделяются широким набором полезных для растений свойств ризосферные PGPR Pseudomonas, которые являются потенциальными объектами агробиотехнологии для разработки на их основе биологических средств защиты растений от фитопатогенов, а также биопрепаратов, стимулирующих рост и повышающих продуктивность растений.

Pseudomonas aureofaciens BS1393

Фундаментальными проблемами взаимодействия микроорганизмов и растений Институт биохимии и физиологии микроорганизмов им. Г.К.Скрябина Российской Академии Наук (ИБФМ РАН) занимается с начала 80-х годов. Целый ряд биотехнологических разработок для сельского хозяйства получил практическое применение, в том числе такие фунгициды как: Агат-25, Ризоплан, Альбит. В Институте находится Всероссийская коллекция микроорганизмов (ВКМ), имеющая статус Международного органа по депонированию микроорганизмов. Фонд ВКМ является самым крупным в РФ и СНГ и насчитывает около 20000 тыс. штаммов микроорганизмов, среди них свыше 1500 штаммов рода Pseudomonas, наиболее изученных групп бактерий-антагонистов почвенных фитопатогенов.

В результате многолетних исследований для разработки нового препарата учеными был отобран штамм Pseudomonas aureofaciens BS1393, обладающий наиболее высокой биологической активностью, на основе которого был разработан препарат Псевдобактерин-2. Штамм Pseudomonas aureofaciens BS1393 подавляет рост и развитие широкого круга фитопатогенных грибов и бактерий, в том числе и такие вредные обьекты как: Fusarium spp., Gaeumannomyces graminis Sacc, Rhizoctonia cerealis; Cercosporella herpotrichoides Fron., Fusarium graminearum Schw., Helmithosporium sativum Pam; Rhizoctonia aderholdii, Pythium debaryanum, Pseudoperonospora cubensis Rostow, Scoleotrichum melophtorum, Cladosporium fulvum Cook, Uncinula necator Burril.

Штамм не токсичен, не патогенен, в отличие от известных штаммов аналогов, обладает как защитными свойствами, так и стимулирующим действием на рост растений за счет синтеза индолил-3-уксусной кислоты; он также продуцирует сидерофоры, оомицин А и феназиновые антибиотики, основными компонентами которых являются:
- феназин-1-карбоновая кислота;
- 2-оксифеназин-1-карбоновая кислота;
- 2-оксифеназин.

В результате длительных исследований был получен значительный экспериментальный материал не только в лабораторных, но и в полевых условиях на различных сельскохозяйственных растениях.

Коммерциализация не входит в круг задач академического Института, поэтому данная научно-техническая разработка была передана ООО "ЭкоБиоТехнология" для внедрения препарата. Совместно с Институтом фирма разработала технологический регламент, провела производственные полевые испытания, токсикологические, экологические, гигиенические экспертизы, др. процедуры и зарегистрировала препарат.