CC BY
88
19. Шейко Б.А., Федоров В.В. Класс Cephalaspidomoгphi - Миноги. Класс Chondrichthyes - Хрящевые рыбы. Класс Holocephali - Цельноголовые. Класс Osteichthyes - Костные рыбы // Каталог позвоночных Камчатки и сопредельных морских акваторий. - Петропавловск-Камчатский: Печатный двор, 2000. -С. 7-69.
УДК 632.937.14 Т.И. Голованова, Ю.А. Литовка, Е.В. Долинская,
Е.А. Сичкарук, А.Ф. Валиулина, А.Г. Савицкая, О.Л. Схиладзе ВЗАИМООТНОШЕНИЯ ПШЕНИЦЫ С МИКРОСКОПИЧЕСКИМИ ГРИБАМИ
Изучено влияние патогенного штамма Z3-06 Fusarium sporotrichioides Sherb. и антагонистически активного штамма М 99/5 Trichoderma asperellum Samuels на растения пшеницы сорта Омская 32 и формирование ее микробоценоза.
Проведенные исследования показывают, что предпосевная обработка семян штаммами микроскопических грибов изменяет характеристики всхожести семян и физиолого-морфологические признаки пшеницы сорта Омская-32, а также влияет на формирование ее прикорневой микрофлоры.
Ключевые слова: пшеница, семена, микрофлора, микроскопические грибы, штамп.
T.I. Golovanova, Yu.А. Litovka, E.V. Dolinskaya E.A. Sichkaruk, А-F. Valiulina, A.G. Savitskaya, O.L.Skhiladze INTERRELATIONS OF WHEAT AND MICROSCOPIC FUNGI
Influence of pathogenic Z3-06 Fusarium sporotrichioides Sherb strain and antagonistically active M 99/5 Trichoderma asperellum Samuels strain on the plants of Omsk-32 grade wheat and on its microbiocenosis formation is researched.
The conducted research shows that presowing treatment of seeds by the microscopic fungi strains changes the characteristics of seed germination and physiological and morphological properties of Omsk 32 grade wheat, and also influences its radical microflora formation.
Key words: wheat, seeds, microflora, microscopic fungi, strain.
В естественных условиях в корневой зоне растения количественный и качественный состав микрофлоры подвержен существенным изменениям в течение вегетационного периода по фазам развития растений, а также в зависимости от условий окружающей среды. Особое место в составе почвенной микробиоты занимает группа фитопатогенных грибов, в том числе виды рода Fusarium, представляющие обширную, биологически неоднородную группу, характеризующуюся способностью паразитировать на определенном круге растений, органах и тканях.
Регуляцию численности фитопатогенных видов в прикорневой зоне осуществляет другая группа микроорганизмов за счет ограничения развития возбудителей болезней и стимулирования жизнедеятельности вегетирующего растения. На клеточном уровне действие ассоциативных микроорганизмов направлено на регуляцию и нормализацию физиолого-биохимических процессов в растительной клетке. Одной из широко изучаемых групп микроорганизмов-антагонистов почвенных фитопатогенов являются грибы рода Trichoderma, колонизирующие поверхность корней и прилегающий к ним тонкий слой почвы. В процессе жизнедеятельности они вырабатывают ряд биологически активных веществ, которые стимулируют рост и развитие растений, а также ограничивают распространение фитопатогенной микофлоры [1-3, 8, 9, 11-12].
Целью исследований явилось изучение взаимоотношений антагонистически активного штамма М 99/5 Trichoderma asperellum Samuels, фитотоксичного штамма Z3-06 Fusarium sporotrichioides Sherb. и растений пшеницы.
Объекты и методы исследования
В качестве объекта исследования использовали семена и вегетирующие растения пшеницы районированного сорта Омская 32; штамм М 99/5 ТпсЬс^егта аврегеПит, проявляющий антагонистическую активность в отношении широкого спектра видов рода Гивапит и штамм Z3-06 Гивапит врюгюЫсЫю'^ев, который в предварительных исследований проявил средний и высокий уровень фитотоксичности в отношении ряда злаковых культур.
Перед посевом в почвенный субстрат проводили поверхностную стерилизацию семян 0,5 %- раствором KMnO4, после чего контрольные семена вносили в посевные ящики, а опытные семена подвергали предпосевной обработке в двух вариантах: 1) опудривание спорами штамма М99/5 Т.авреге11ит из расчета 2 г спор на 1 кг семян; 2) замачивание на 24 ч в культуральном фильтрате штамма Z3-06 Г. врюгю^'юЬЫбев, полученном при культивировании на токсигенной среде [4] в течение 14 суток при 28 оС (на среде подавляется споруляция и происходит биосинтез комплекса токсигенных веществ, характерных для определенного вида Гивапит).
Растения выращивали на почвенном субстрате в условиях естественного освещения при температуре 27±2 оС. Энергию прорастания определяли на 4-е сутки, грунтовую всхожесть - на 7-е сутки после посева [6, 7]. В течение изучаемого вегетационного периода измеряли длину надземной части и корневой системы, сырую и сухую биомассу, количество листьев, площадь листовой пластинки [10]. При проведении микробиологического анализа почвы учитывали численность бактерий (аммонифицирующих, азотфиксирующих, усваивающих минеральные формы азота) и микроскопических грибов в динамике на соответствующих питательных средах по стандартным методам, принятым в почвенной микробиологии [5].
Результаты исследований и их обсуждение
В ходе проведенных исследований было установлено, что предпосевная обработка семян пшеницы спорами или метаболитами микроскопических грибов оказала влияние на ростовые и физиологоморфологические параметры растений, а также на количественный состав прикорневой микрофлоры.
В период прорастания семена и проростки многих культурных растений становятся чувствительной мишенью для атаки фитопатогенов, поэтому именно на данном этапе требуется поддержка со стороны аборигенных либо интродуцированных в микробоценоз антагонистически активных микроорганизмов. Установлено, что опудривание семян спорами штамма М 99/5 Т.авреге11ит способствовало увеличению энергии прорастания и грунтовой всхожести пшеницы на 6 и 10 % соответственно (рис. 1), что свидетельствует о его ростостимулирующей активности. Исследование физиолого-морфологических показателей растений позволило выявить тенденцию усиления положительного влияния штамма М 99/5 Т. аврегеПит на развитие пшеницы в процессе вегетации. На начальном этапе роста (до 10 суток) отсутствовали достоверные различия по длине надземной части между контрольным и опытным вариантами, тогда как в последующие сроки опытные растения опережали в росте контрольные в среднем на 30 % (рис. 2).
%
100-1
90-
80-
70
60
50-
40-
30-
20-
10
0
Энергия прорастания
Всхожесть
2
Рис. 1. Влияние микроскопических грибов на всхожесть и энергию прорастания пшеницы сорта Омская 32: 1 - контроль; 2 -ТпсЬюбегта аврегеПит; 3 - Гивапит врогоЫсЫйбев
Рис. 2. Влияние микроскопических грибов на длину надземной части пшеницы сорта Омская 32:
1 - контроль; 2 -ТпсЬс^егта аврегеПит; 3 - Гивапит врогоЫсЫо1бев
Вследствие быстрого развития надземной части на 20-30-е сутки у опытных растений наблюдалось более эффективное накопление сырой биомассы, превысившее контрольный показатель в среднем в 1,9 раза (рис. 3). Развитие ассимиляционного аппарата опытных растений также происходило быстрее, о чем свидетельствует увеличение площади поверхности листьев: на 30-е сутки вегетации средняя площадь ассимиляционной поверхности в опытном варианте составила 15,6 см2/растение, в контрольном - 13,5 см2/растение (рис. 4). Таким образом, применение антагонистически активного штамма М 99/5 стимулировало развитие пшеницы сорта Омская 32 по всем изученным показателям.
Предпосевная обработка семян метаболитами штамма Z3-06 Г. врого^'юЬЫбев оказала противоположное действие на развитие растений, что согласуется с ранее полученными данными по показателям лабораторной всхожести. Однако лабораторную всхожесть следует рассматривать в качестве косвенного показателя фитотоксичности, не учитывающего процессов, происходящих в почвенном микробоценозе в ходе развития растения. В связи с чем необходимым этапом исследования является оценка грунтовой всхожести и сопутствующих физиолого-морфологических параметров растений под влиянием фитопатогенов.
10 20 30 сутки
Рис.3. Влияние грибов рода ТпсЬодегта и Гивапит на сырую биомассу надземной части пшеницы сорта Омская 32:1 - контроль; 2 -ТпсЬюдегта аврегеПит; 3 - Гивапит врого^'юЬЫбев
В
О
ц
С
12
о
К
д
о
53 16
л
л
"23 14
о
К н о о д X
Л 10
о
03
о д
5 Д
о
03
о н о
д
4
8 -
6 -
2 -
10
30
сутки
Рис. 4. Влияние грибов рода ТпсЬюс1егта и Гизапит на площадь ассимиляционной поверхности пшеницы сорта Омская 32:1 - контроль; 2-ТпсЬюбегта аврегеНит; 3 - Гивапит врюгю^'юЫю'^ев
В ходе исследования было установлено, что метаболиты штамма Z3-06 Г. врюгю^сЫю'^ев снижали энергию прорастания и грунтовую всхожесть семян пшеницы в среднем на 8,6 и 14 % соответственно по сравнению с контрольным вариантом. Отмечено достоверное ингибирование ростовых процессов по показателям всех измеряемых параметров на протяжении вегетационного периода: длина надземной части уменьшилась в среднем на 20% (рис. 2); накопление сырой биомассы - на 39% (рис. 3); площадь ассимиляционной поверхности - в 1,7 раза (см. рис. 4). Следует отметить, что максимальный отрицательный эффект метаболиты штамма Z3-06 оказывают на скорость накопления биомассы и формирования ассимиляционного аппарата.
В ризосфере здорового растения развитие фитопатогенов сдерживают представители естественной почвенной микрофлоры, тогда как в ризосфере растения, ослабленного различными факторами либо пораженного определенным возбудителем, формирование прикорневой микрофлоры будет происходить иначе вследствие происходящих в растении физиолого-биохимических процессов. Аналогичные изменения могут наблюдаться при внесении в почвенный ценоз микроорганизмов-антагонистов, при этом немаловажную роль будет играть состояние самого растения. Таким образом, количественный и качественный состав ризосферной микрофлоры можно рассматривать как косвенный показатель состояния растения. В связи с чем проводили оценку влияния предпосевной обработки семян антагонистически активным и фитопатогенным штаммами на численность основных групп микроорганизмов в прикорневой зоне пшеницы в течение 30 суток вегетации.
В ходе проведенных исследований было установлено, что внесение микромицетов приводит к изменению прикорневой микрофлоры. На рисунке 5 представлена динамика численности аммонифицирующих микроорганизмов. В контрольном варианте отмечена тенденция постепенного увеличения численности этой группы микроорганизмов по мере развития растения, что является закономерным, поскольку их развитие напрямую связано с корневыми выделениями питающего растения. В опытных вариантах на 10-е сутки вегетации происходило достоверное увеличение численности аммонификаторов, связанное, вероятно, с перераспределением эколого-трофических групп микроорганизмов под влиянием предпосевной обработки. Кроме того, исследуемые штаммы микромицетов способны синтезировать ростостимулирующие вещества, которые, изменяя биохимические показатели растения, оказывают влияние на состоянии микрофлоры. На 30-е сутки численность аммонификаторов в опытных вариантах была ниже контрольного показателя, при этом в большей степени угнетение бактерий происходило при внесении штамма фитопатогена.
2
0
О
ю
О
о
0
1 I Ф
о
160
140
120
100
80
60
40
20
0
10
30
Время, сутки
□ контроль ШРиБапит sporotricihioides □Trichoderma ЭБрегеНит
Рис. 5. Влияние микроскопических грибов на численность аммонифицирующих микроорганизмов
На рисунке 6 представлена динамика численности азотфиксирующих микроорганизмов. В контроле отмечены несущественные колебания численности, максимум развития приходился на 10-е сутки вегетации растений. Внесение спор штамма М99/5 не привело к достоверным изменениям численности азотфиксато-ров на 10-е сутки и стимулировало их развитие на 30-е сутки. Увеличение численности этой группы микроорганизмов связано, по-видимому, с недостатком азотосодержащих соединений в почве, которые в этот период активно потребляются растением для биосинтетических целей. В опытном варианте с фитопатогенным штаммом в начальный этап вегетации отмечено достоверное увеличение численности азотфикса-торов, по-видимому, за счет временного ростостимулирующего действия, а затем резкое снижение численности в 3,2 раза, что свидетельствует о микробном дисбалансе и неблагоприятной обстановке, в которой происходит развитие растения.
8
О
ю
о
*
и
0
1 I ф и
7
6
5
4
3
0 10 30
Время, сутки
□ контроль ПРиБапит sporotricihioides □Trichoderma ЭБретеИит
Рис. 6. Влияние микроскопических грибов на численность азотфиксирующих и олигонитрофильных микроорганизмов
На рисунке 7 представлены данные по численности микроорганизмов, усваивающих минеральные формы азота. В контроле численность этой группы не подвергалась значительным колебаниям, максималь-
0
2
1
0
ное значение приходилось на 10-е сутки вегетации. При внесении штамма антагониста численность снижалась на 10-е сутки и не отличалась от контроля на 30-е сутки вегетации растения; при использовании штамма фитопатогена численность микроорганизмов подвергалась резким колебаниям.
Еще более существенные количественные изменения происходили с группой микроскопических грибов (рис. 8). В контроле численность микромицетов практически не изменялась; при использовании штамма-антагониста численность микромицетов была практически одинаковой на 10-е и на 30-е сутки вегетации и ниже, чем в контрольном варианте в эти сроки. При обработке семян штаммом фитопатогена максимальная численность приходилась на 10-е сутки вегетации, после чего резко снижалась, вероятно, за счет естественного отмирания и почвенного фунгистазиса.
*
ш
О
ю
О
*
о
0
1 I
ш
о
X
Т
10
30
Время, сутки
□ контроль □ Рusarium sporotricihioides □Trichoderma asperellum
Рис. 7. Влияние микроскопических грибов на численность микроорганизмов, усваивающих минеральные
формы азота
0,08
0,07
£0,06 о
^ 0,05
1.0
^ 0,04 0,03
I—
О 0,02
ш 0,01
и
0
0
10 30
Время, сутки
□ РиБагіит sporotricihioides
□ контроль
Рис. 8. Влияние грибов рода ТпсЬс^вгта и Гивапит на численность микроскопических грибов
0
Таким образом, предпосевная обработка семян микроскопическими грибами оказала влияние на формирование микробоценоза прикорневой зоны пшеницы. Ингибирующее действие на все изученные группы микроорганизмов в большей степени оказал фитопатогенный штамм 73-06 Р.$рогоїгісіїоібв$, причем максимально негативный эффект наблюдался в конце эксперимента (30-е сутки), т.е. в стадии достаточно
взрослого растения. Снижение численности микроорганизмов свидетельствует о замедлении микробиологических процессов в прикорневой зоне и может служить показателем неблагополучного состояния растения. При использовании штамма антагониста в большинстве случаев на 30-е сутки отмечено увеличение численности микроорганизмов либо этот показатель не отличался достоверно от контроля.
Проведенные исследования показывают, что предпосевная обработка семян штаммами микроскопических грибов изменяет характеристики всхожести семян и физиолого-морфологические признаки пшеницы сорта Омская 32, а также влияет на формирование ее прикорневой микрофлоры.
Литература
1. Биопрепараты с разным механизмом действия для борьбы с грибными болезнями картофеля / Ф.К. Алимова [и др.] // Прикладная биохимия и микробиология. - 2006. - Т. 42. - №1. - С. 86-92.
2. Громовых Т.И., Андреева О.Н. Биологический контроль болезней сеянцев хвойных в лесных питомниках Средней Сибири: учеб. пособие. - Красноярск: Изд-во СибГТУ, 2005. - 264с.
3. Маркович Н.А., Кононова Г.Л. Литические ферменты Trichoderma и их роль при защите растений от грибных болезней // Прикладная биохимия и микробиология. - 2003. - Т. 39. - №4. - С. 389-400.
4. Монастырский О.А. Токсины фитопатогенных грибов // Защита и карантин растений. - 1996. - №3. -С. 12-14.
5. Практикум по микробиологии: учеб. пособие для вузов / А.И. Нетрусов [и др.]. - М.: Академия, 2005. -608 с.
6. Практикум по растениеводству / под ред. А.Г. Ведрова. - Красноярск: Изд-во КГУ, 1992. - С. 53-62.
7. Семена деревьев и кустарников. Правила отбора образцов и методы определения посевных качеств семян. - М.: Гостстандарт, 1988. - С. 3-27.
8. Скворцов Е.В., Алимова Ф.К., Абузярова Д.М. Исследование ферментных препаратов грибов р. Tri-choderma, гидролизующих пентозаны ржи // Вестн. Татарского отд. РЭА. - 2004. - №2. - С. 14-18.
9. Скворцов Е.В. Биосинтез ксиланаз аборигенными изолятами Trichoderma // Вестн. Казанского технол. ун-та. - 2005. - №1. - С. 251-255.
10. Усманов И.Ю., Рахманкулова З.Ф., Кулагин А.Ю. Экологическая физиология растений. - М.: Логос, 2001. - С. 223.
11. Engelberth J., Koch T., Kuhnemann F., Boland W. Channel - forming peptaibols are potent elicitors of plant secondary metabolism and tendril coiling // Agnew Chem. Int. Ed. Engl. - 2000. - №39. - P. 1860-1862.
12. Intack-cell MALDI-TOF mass spectrometry analysis of peptaibol formation by the genus Trichoderma: can molecular phylogenic knowledge predict peptaibol structures / T. Neuhof ^nd al.] // Microbiology. - 2007. -153. - P. 3417-3437.
---------♦'----------
