Содержание к диссертации
Введение - стр. 5.
Глава 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОГО РАЗНООБРАЗИЯ МИКРООРГАНИЗМОВ ДЛЯ ФИТОСАНИТАРНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ АГРОЭКОСИСТЕМ (обзор литературы)
1.1. Биоценотическое значение микробов-антагонистов и теоретические основы регуляции микробных популяций в почвенных экосистемах
1.2.Роль биологически активных соединений микробного происхождения в природных регуляторних процессах в биоценозов -стр.43.
Глава 2. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ -стр. 73.
Глава 3. МЕТОДОЛОГИЯ СТУПЕНЧАТОГО СКРИНИНГА ШТАММОВ МИКРОБОВ-АНТАГОНИСТОВ С КОМПЛЕКСНОЙ БИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТЬЮ В ОТНОШЕНИИ ФИТОПАТОГЕННЫХ МИКРООРГАНИЗМОВ -стр.108.
3.1. Формирование набора тест-культур фитопатогенных грибов и бактерий -стр. 108.
3.2. Первичный скрининг штаммов микробов-антагонистов, высоко активных в отношении фитопатогенных грибов и бактерий -стр.120.
3.3. Отбор штаммов и метаболитов стрептомицетов, перспективных vf в качестве основы биопрепаратов в защите растений от болезней -стр. 127.
3.4. Биологическая оценка антагонистической активности лабораторных образцов биопрепаратов на основе отобранных штаммов в модельных и вегетационных опытах -стр. 132.
3.5. Влияние лабораторных образцов биопрепаратов на основе штаммов Bacillus sp. М-22, Bacillus sp. В-10 и Streptomyces sp.S-8 на семенную инфекцию - стр. 152.
Глава 4. ПОЛИФУНКЦИОНАЛЬНАЯ АКТИВНОСТЬ МЕТАБОЛИТНЫХ КОМПЛЕКСОВ МИКРООРГАНИЗМОВ -стр. 158.
4.1. Оценка эффективности штаммов микробов-антагонистов в отношении фитопатогенных вирусов -стр.158.
4.2. Фиторегуляторная активность микробов-антагонистов -стр. 175.
it 4.3. Методы выделения фунгицидных и бактерицидных БАВ из биомассы энтомопатогенных грибов Conidiobolus obscurus и Verticillium lecanii и оценка перспектив создания двухстадийных технологий получения метаболитных биопрепаратов разного целевого назначения -стр.190.
Глава 5. КОМПОНЕНТНЫЙ СОСТАВ АКТИВНЫХ КОМПЛЕКСОВ И ПЕРВИЧНАЯ ИДЕНТИФИКАЦИЯ ДЕЙСТВУЮЩИХ ВЕЩЕСТВ ШТАММОВ МИКРОБОВ-АНТАГОНИСТОВ - стр. 212.
5.1. Активный комплекс и первичная идентификация действующих веществ штамма Streptomyces fellevs S-8
- стр. 229.
*' 5.2. Активный комплекс и первичная идентификация действующих веществ штамма Streptomyces chrysomallus Р-21
— стр 237.
5.3. Характеристика Алирина В і - основного активного компонента метаболитного комплекса штамма Bacillus subtilis В-10 -стр.251.
Глава 6. ВЛИЯНИЕ ПОПУЛЯЦИЙ МИКРОБОВ- АНТАГОНИСТОВ pp. BACILLUS И STREPTOMYCES НА ДИНАМИКУ ПЛОТНОСТИ ПОПУЛЯЦИЙ ФИТОПАТОГЕННЫХ ГРИБОВ В ПОЧВЕ, РИЗОСФЕРЕ И РИЗОПЛАНЕ РАСТЕНИЙ В МОДЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ -стр.258.
ГЛАВА 7. ЕСТЕСТВЕННАЯ ИЗМЕНЧИВОСТЬ ПРИРОДНЫХ ИЗОЛЯТОВ МИКРОБОВ-АНТАГОНИСТОВ КАК ОСНОВА СЕЛЕКЦИИ ШТАММОВ-ПРОДУЦЕНТОВ БИОПРЕПАРАТОВ - стр. 293.
Глава 8. ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПРЕПАРАТИВНЫХ ФОРМ ДЛЯ ЗАЩИТЫ РАСТЕНИЙ ОТ БОЛЕЗНЕЙ ГРИБНОЙ И БАКТЕРИАЛЬНОЙ ПРИРОДЫ, АДАПТИРОВАННЫХ К РАЗНЫМ ЭКОЛОГИЧЕСКИМ УСЛОВИЯМ ПРИМЕНЕНИЯ - стр. 327
8.1. Подбор и оптимизация питательных сред, условий культивирования штаммов-продуцентов и получения конечных препаративных форм биопрепаратов Алирин Б, Алирин С, Хризомал (ъ и Гамаир в лабораторных условиях - стр. 342.
8.2. Динамика роста и развития штаммов-продуцентов биопрепаратов Алирина Б, Гамаира и Алирина С в условиях опытно- промышленного производства " - стр. 368.
Глава 9. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ НОВЫХ ПОЛИФУНКЦИОНАЛЬНЫХ БИОПРЕПАРАТОВ ДЛЯ ФИТОСАНИТАРНОЙ ОПТИМИЗАЦИИ АГРОБИОЦЕНОЗОВ - стр. 395
9.1. Биологическая эффективность биопрепаратов в системах защиты овощных, зерновых, ягодных, плодовых, цветочных культур, картофеля и винограда от болезней - стр. 405
9.2. Разработка методов совместного применения микробов- антагонистов и производных хитина и хитозана-индукторов устойчивости с целью создания комплексной технологии защиты растений от болезней разной этиологии - стр.485
9.3. Оценка эффективности применения комплексных биопрепаратов на основе микробов-антагонистов и нового стеклообразного удобрения AVA для защиты растений от болезней. - стр 495
Заключение - стр. 510
Выводы - стр. 514
Практические рекомендации - стр. 517
Список литературы - стр. 518
Введение к работе
Современная сельскохозяйственная наука переживает сложный период развития. Широкомасштабное и интенсивное изменение биосферы ставит перед наукой ряд ответственных взаимосвязанных задач, от решения которых зависит успешное преодоление многих региональных и глобальных проблем, со всей остротой вставших перед человечеством: дефицит продовольствия, сокращение естественных ресурсов биосферы, загрязнение окружающей среды. ( Особенно остро встала в последние годы проблема создания эффективных микробиологических средств защиты растений от болезней. Несмотря на появление на рынке новых химических фунгицидов, общая ситуация в защите растений от болезней принципиально не меняется. Ряд опасных болезней зачастую носят эпифитотический характер, налицо не только увеличение вредоносности известных, но и появление новых опасных видов фитопатогенов, зачастую из числа карантинных объектов. Распространение таких опасных болезней как корневые гнили, мучнистая и ложномучнистая роса огурца, фузариозы и ржавчина зерновых культур, фитофтороз картофеля, бактериозы овощных и плодовых культур часто имеет эпифитотический характер и приводит к чрезвычайно высоким потерям урожая и снижению его качества.
Наблюдавшееся в прошлом неумеренное применение химических средств защиты растений и минеральных удобрений привело к ряду " негативных последствий: формированию устойчивых рас возбудителей болезней; обеднению количественного и качественного состава природных микробиоценозов, в основном, за счет уменьшения численности полезных членов микробиоты; накоплению в окружающей среде токсических остатков. Известно, например, что интенсивное внесение азотных удобрений приводит к тому, что в агробиоценозах аккумулируется только - % поступающего с удобрениями азота, а остальная часть поступает в грунтовые воды и загрязняет их. Кроме того, установлено, что внесение нзких норм удобрений стимулирует естественную симбиотическую и несимбиотическую азотофиксацию. При высоких нормах внесения картина меняется. В почве происходит аккумуляция доступного азота как за счет удобрений, так и за счет почвенного фонда вследствие усиления азотминерализирующих процессов, что приводит к существенному ингибированию азотофиксации.
Существенное отрицательное воздействие оказывает на полезную микрофлору снижение количества органических удобрений и увеличение пестицидной нагрузки по сравнению с необходимым количеством, рассчитанным на основе достоверного прогноза численности вредных объектов. В ряде случаев уменьшается численность практически всех эколого-трофических групп микроорганизмов и значительно меняется соотношение между ними, а вследствие этого происходит нарушение т функциональной связи в агроэкосистеме, снижение биологической активности почв. Подавление аутохтонной полезной микрофлоры часто сопровождается увеличением численности фитопатогенных видов, вызывающих развитие опасных болезней растений.
Охарактеризованные закономерности происходящих в агроэкосистемах процессов, препятствующих их возобновлению и нарушающих нормальное функционирование, далеко не исчерпывают данный класс явлений. Но они наглядно показывают с позиций системного подхода важность анализа общих особенностей деятельности агробиоценозов как динамических природных систем. Результаты такого анализа имеют не только теоретический интерес. Они позволяют гораздо полнее и объективнее разобраться в причинах разбалансировки нормального функционирования реальных агробиоценозов в случае их нерационального использования и антропогенной деградации, определить наиболее действенные пути восстановления механизмов саморегулирования в целях фитосанитарной оптимизации.
Концепция фитосанитарной оптимизации агроэкосистем базируется на принципах максимальной активизации биоценотических методов регуляции численности популяций вредных организмов на основе широкого использования природных ресурсов антагонистов, энтомопатогенов и энтомофагов.
Отличительная черта наземных экосистем - их теснейшая зависимость от пространственно-временной динамики совокупности свойств и функций почв. Данное утверждение, являющееся в настоящее время уже достаточно тривиальным для исследователей, непосредственно занимающихся экологическими проблемами, далеко не очевидно для многих специалистов, работающих в сфере защиты растений от болезней, в том числе, микробиологической (Добровольский, Никитин, ).
Современные принципы создания биотехнологий защиты растений.
В последние годы идеи адаптивного земледелия находят все более широкое распространение в среде ученых, занятых разработкой биотехнологий защиты растений. Новый подход предполагает создание систем комплексной микробиологической защиты растений от болезней. При этом главная задача - разработка биотехнологий восстановления и активации природных регуляторных механизмов на основе использования различных физиологических групп микроорганизмов с целью повышения биологического разнообразия в агробиоценозах и повышения их устойчивости.
В этой связи были сформулированы цель и задачи исследования. Цель настоящего исследования - теоретически обосновать целесообразность использования микробов-антагонистов для регуляции плотности популяций фитопатогенных микроорганизмов и фитосанитарной оптимизации агроэкосистем. Задачи исследования; • Обосновать концепцию создания и использования в системах защиты
растений полифункциональных биопрепаратов двух типов профилактического и пролонгированного действия на основе живых культур микроорганизмов и биопрепаратов на основе комплексов их метаболитов для быстрого подавления развития возбудителей заболеваний.
• Разработать модель и провести широкий ступенчатый скрининг штаммов микроорганизмов по признакам комплексной антагонистической активности в отношении фитопатогенных грибов, бактерий и вирусов, а также фиторегуляторной активности.
• Сформировать коллекцию перспективных штаммов-продуцентов новых полифункциональных биопрепаратов. Изучить морфолого-культуральные, физиолого-биохимические и экологические особенности наиболее перспективных культур, провести их идентификацию, определить технологичность, подобрать и оптимизировать состав питательных сред и условий культивирования штаммов.
• Всесторонне изучить механизмы действия перспективных штаммов-продуцентов новых биопрепаратов, компонентный состав активных комплексов и провести первичную идентификацию химической структуры действующих веществ.
• Изучить влияние интродуцируемых микробов-антагонистов на популяционную динамику почвообитающих фитопатогенных грибов в почвенном микробиоценозе, ризосфере и ризоплане растения-хозяина.
• Разработать опытно-промышленные технологии производства различных препаративных форм на основе перспективных штаммов бацилл и стрептомицетов для использования в разных экологических условиях.
• Оценить биологическую эффективность опытных партий новых биопрепаратов в разных природно-климатических зонах, разработать технологии их применения, оценить перспективность использования биопрепаратов в сочетании с другими элементами систем биологической защиты основных сельскохозяйственных культур.
• Теоретически обосновать и разработать технологии получения и применения комплексных препаративных форм, включающих микробов-антагонисты разных видов и медиаторы устойчивости на основе производных хитина и хитозана.
Защищаемые положения
1. Концепция создания и использования в системах защиты растений полифункциональных биопрепаратов двух типов профилактического и пролонгированного действия на основе живых культур микроорганизмов и биопрепаратов на основе комплексов их метаболитов для быстрого подавления развития возбудителей заболеваний.
2. Методология ступенчатого скрининга микробов-антагонистов различного систематического положения в модельных системах in vitro и in vivo, позволяющая отобрать технологичные и безопасные для теплокровных животных и человека штаммы с высокой комплексной биологической активностью по ряду признаков (фунгицидная, бактерицидная, антивирусная, фиторегуляторная активность), перспективные в качестве штаммов-продуцентов полифункциональных биопрепаратов.
3. Комплексный характер механизма антагонистической активности по отношению к фитопатогенным микроорганизмам определяется синтезом биологически активных веществ и высокой экологической пластичностью штаммов микробов-антагонистов, обусловленной скоростью размножения их популяций и колонизации новых местообитаний, эффективностью использования субстратов, адаптационными возможностями и конкурентоспособностью в микробиоценозе растения в условиях жесткого естественного отбора в насыщенной среде обитания.
4. Технологии производства препаративных форм на основе глубинного и глубинно-поверхностного культивирования штаммов- продуцентов и их применения для фитосанитарной оптимизации агробиоценозов различных сельскохозяйственных культур.
При разработке концептуальной основы наших исследований мы исходили из положения о том, что растительный организм представляет собой основу агроэкосистемы. При этом сорт растения, характеризующийся определенным набором морфологических и физиолого-биохимических признаков, представляет существенный фактор в формировании структуры микробиоценоза, его количественного и качественного состава. Мы считаем необходимым учитывать все многообразие и сложность экологических связей растения с фитопатогенными микроорганизмами и с полезными членами микробного сообщества. Следует отметить, что микробы-антагонисты возбудителей болезней растений существенно отличаются от других групп микроорганизмов, регулирующих численность популяций вредных организмов в агроэкосистемах (в частности, энтомопатогенных микроорганизмов). В подавляющем большинстве они являются свободно живущими видами, принадлежат к разнообразным систематическим и эколого-физиологическим группам и широко представлены во всех экологических нишах: почве, ризо- и филлосфере растений. При условии высокой плотности популяций микробы-антагонисты обеспечивают устойчивость экологических связей в микробиоте растения и способны эффективно защищать его от заражения возбудителями болезней разной этиологии.
Существует два основных пути использования природных ресурсов микробов-антагонистов в микробиологической защите растений от фитопатогенов.
Первый путь - создание условий для массового спонтанного развития микроорганизмов с помощью внесения органических и органоминеральных удобрений и применения оптимальных агротехнических приемов. Предпосылкой для массового размножения природных популяций полезных микроорганизмов служит способность их пропагул сохраняться в недеятельном, но жизнеспособном состоянии в течение длительного времени. Частичное сохранение физиологической активности микроорганизмов позволяет им, при наличии благоприятных условий, например, при поступлении источников минерального и органического питания, быстро включаться в процессы жизнедеятельности и осуществлять свои экологические функции в почвенном ценозе, в том числе, и регуляцию плотности других микробных видов, включая фитопатогенные.
Второй путь - искусственное насыщение микробиоты штаммами микробов-антагонистов путем использования различных биопрепаратов.
Предлагаемая нами концепция фитосанитарной оптимизации агроэкосистем основана на использовании микроорганизмов с высокой экологической пластичностью и разнообразными комплексами БАВ в качестве штаммов-продуцентов полифункциональных биопрепаратов нового типа. Они обладают комплексной биологической активностью, обусловленной не только прямым действием на возбудителей болезней разной этиологии за счет комплекса антибиотиков и гидролаз, но и могут опосредованно защищать растение за счет фиторегуляторной активности или путем повышения его болезнеустойчивости.
Для понимания сущности и закономерностей процессов, связанных с восстановлением естественных регуляторных механизмов в агробиоценозах, мы опирались на некоторые теоретические и методические положения учения А.М.Уголева о естественных технологиях биологических систем. Конструирование технологий всегда идет по принципу оптимизации, т.е. получения наибольшего эффекта при наименьших затратах. Биотехнология воспроизводит естественные биологические процессы, происходящие в популяциях микроорганизмов в природной среде. И чем ближе искусственные условия протекания биотехнологических процессов к естественным, тем более полно реализуются потенциальные возможности штамма-продуцента. Следует отметить, что эти закономерности характерны и для процессов производства биопрепаратов, и для способов их применения в агроэкосистемах.
В зависимости от физиолого-биологических и экологических свойств штаммов микробов-антагонистов возможно создание двух типов биопрепаратов. На рис. 1 представлена классификация и наименования некоторых из разработанных нами биопрепаратов разных типов.
Препараты первого типа основаны на комплексе живых клеток микроорганизма и их биологически активных веществ. Такие препараты предназначены для интродукции в биоценоз с целью длительной регуляции плотности фитопатогенных популяций, применяются профилактически и являются основой стратегии микробиологической защиты растений.
Второй тип - метаболитные биопрепараты, которые представляют собой выделенные из биомассы микроорганизмов комплексы биологически активных веществ, обладающие разной целевой активностью. Их целесообразно применять в качестве тактического средства при возникновении эпифитотической ситуации для быстрого подавления плотности популяций фитопатогенов.
Использование микроорганизмов с различными жизненными стратегиями и комплексами БАВ в биотехнологиях защиты растений от болезней.
Создание эффективной технологии регуляции численности популяций фитопатогенов, в первую очередь, основано на формировании набора штаммов-продуцентов биопрепаратов, обладающих следующими характеристиками:
1. Высокий адаптационный потенциал и эффективные экологические тактики, позволяющие не только выживать в меняющихся природных условиях в течение длительного времени, но и эффективно сдерживать нарастание плотности популяций фитопатогенов.
2. Активный синтез комплексов БАВ с высокой полифункциональной биологической активностью по отношению к ряду вредных объектов.
3. Хорошие технологические характеристики, способность утилизировать дешевые и доступные источники питания, выдерживать разные режимы концентрирования и высушивания, длительно сохранять жизнеспособность и целевую активность в разных препаративных формах.
Остановимся кратко на каждом из этих пунктов.
Известно, что микроорганизмы имеют различный адаптационный потенциал. Они отличаются по скорости роста, наличию или отсутствию устойчивых к неблагоприятным условиям морфологических форм, по синтезу запасных питательных веществ, наличию или отсутствию вторичного метаболизма, конкурентоспособности и особенностям популяционной динамики в природных микробиоценозах. Для систематизации особенностей развития микробных популяций с -х годов применяли концепцию экологических стратегий, сформировавшихся в разных условиях естественного отбора. Она была разработана фитоценологами и, позднее, зоологами (Уиттекер, , Миркин, ) Ими были сформулированы представления о К - и г-типах экологической, или жизненной стратегии (К и г - параметры логистического уравнения динамики численности популяций, К - несущая емкость среды, г - скорость размножения). В г. Уиттекер предложил третий тип стратегии, L -стратегию, для организмов, адаптированных к перенесению неблагоприятных условия посредством образования спор или других покоящихся структур.
Дифференцировать экологические стратегии микроорганизмов позволяют параметры роста популяции, его скорость и эффективность использования пищевых субстратов. По определению, в отсутствии конкурентов, г - стратеги должны размножаться быстрее, а ресурсы использовать менее эффективно. Для них характерны максимальная скорость роста и потребления субстратов, быстрое увеличение скорости при появлении субстрата в среде, высокие затраты энергии на поддержание роста, низкий выход биомассы при использовании субстратов и энергии и высокая минимальная концентрация субстрата, поддерживающая рост культуры. Соответственно, К - стратегам присущи низкие скорости роста и затраты на поддержание роста, высокий выход и минимальная концентрация субстрата, поддерживающая рост культуры.
В последние годы, однако, стало ясно, что микроорганизмы используют все типы канонических стратегий, каждая из которых становится элементом его жизненной стратегии в целом (Головлев, )
Например, в оптимальной среде бациллы демонстрируют параметры роста, характерные для г - стратегов. Тем не менее, они образуют эндогенные споры как L-стратеги для перенесения неблагоприятных условий среды. Предполагается, что в сообществах ризо- и филлопланы бациллы могут демонстрировать К — стратегию. Таким образом, эти бактерии дают пример весьма эффективной смешанной жизненной стратегии микроорганизмов.
Аналогичные выводы можно сделать и в отношении актиномицетов, демонстрирующих примеры смешанных К - и L- стратегий. Сукцессия прокариотных микроорганизмов в различных почвах характеризуется, как правило, преобладанием эубактерий в начале и увеличением доли актиномицетов на более поздних стадиях. Уменьшение биомассы грибов связано с увеличением численности актиномицетов. Есть предположение, что актиномицеты специализируются на использовании мицелия грибов (Звягинцев и др., ), что весьма важно для применения их видов для контроля почвообитающих фитопатогенных грибов. Широко представленную среди актиномицетов хитиназную активность логично связать с высоким содержанием хитина в клеточной стенке грибного мицелия. Таким образом, влияние актиномицетов на плотность популяций фитопатогенных грибов не вызывает сомнений, а экологическая стратегия делает их, наряду с бациллами, весьма перспективными для интродукции в агробиоценоз с целью регуляции плотности популяций фитопатогенов, особенно на завершающих этапах микробных сукцессии, связанных с концом вегетационного периода.
Таким образом, типы адаптационных реакций микроорганизмов на изменение условий среды и типы поведения в одинаковых средах могут и должны быть классифицированы как элементарные процессы, для которых более адекватным является, по современным представлениям, сформулированным Головлевым, понятие "экологическая тактика". Из комбинации экологических тактик складывается стратегия данного вида, и число их может быть очень велико.
По нашему мнению, именно такие пластичные в экологическом отношении виды, к которым принадлежат бациллы и актиномицеты некоторых родов, в наибольшей степени отвечают требованиям, предъявляемым к штаммам-продуцентам биопрепаратов для интродукции в агробиоценоз с целью регуляции плотности популяций фитопатогенов в течение длительного времени. Фенотипическая изменчивость в рамках постоянного по хранимой информации генотипа генерируется микроорганизмами как способ адаптации к нестабильной среде и представляет собой результат специфической формы естественного отбора, действующего в этих условиях. Этот феномен эволюционно возник не как механизм генерации разнообразия и дальнейшей дивергенции, а как способ стабилизации вида, и для него предложено определение «метастабильность фенотипа». С этой точки зрения полифункциональность, обусловленная синтезом разнообразных БАВ, обладающих разной целевой активностью, является следствием длительного эволюционного процесса почвообитающих микроорганизмов в условиях жесткого естественного отбора в чрезвычайно насыщенной среде обитания. В процессе адаптогенеза наиболее успешными конкурентами оказались виды, способные к синтезу широкого спектра вторичных метаболитов. Именно такие виды и штаммы микроорганизмов представляют наибольший интерес для создания полифункциональных биопрепаратов.
Род Bacillus- это одна из наиболее распространенных, разнообразных и коммерчески полезных групп микроорганизмов. Представители этого рода очень широко распространены в природе. Низкая патогенность видов бацилл и разнообразие метаболических процессов послужили причиной того, что представителей этой группы стали использовать в различных областях промышленности. Они крайне неприхотливы по отношению к условиям роста и способны продуцировать множество БАВ белковой природы.
Наряду с бациллами, актиномицеты являются ценными объектами биотехнологии, продуцентами многих антибиотиков, в первую очередь, аминогликозидов и макролидов, новых антибиотиков макваримицидов и других биологически активных веществ. Широкое распространение актиномицетов в природе определяется их устойчивостью к высушиванию, временному отсутствию питательных веществ и эффективностью расселения их спор. Эти же свойства определяют и их высокую технологичность. Среди огромного биологического разнообразия одна из наиболее многочисленных групп актиномицетов - представители рода Streptomyces. В формировании супрессивности почвы по отношению к фитопатогенным грибам, помимо синтеза гидролаз, может быть очень существенной роль полиеновых и пептидных антибиотиков стрептомицетов
В наших дальнейших рассуждениях мы опирались на вполне обоснованный вывод о том, что в основе той или иной экологической тактики микроорганизма лежат его физиолого-биохимические особенности, в том числе компонентный состав метаболитов, определяющий его биологическую активность, спектр действия и конкурентоспособность.
На первом этапе исследований нами была разработана и оптимизирована модель ступенчатого скрининга микроорганизмов по ряду полезных признаков с использованием различных тест-систем in vitro и in vivo. Скрининг более штаммов микроорганизмов, хранящихся в Государственной коллекции микроорганизмов ВИЗР, позволил сформировать набор активных штаммов-продуцентов полифункциональных биопрепаратов, включающий более культур.
С целью изучения механизмов действия штаммов нами были проведены исследования, направленные на выявление действующих веществ активных комплексов ряда отобранных штаммов бацилл и актиномицетов-продуцентов биопрепаратов Алирин Б, Алирин С, Гамаир и Хризомал, высокоактивных в отношении большой группы фитопатогенных грибов, бактерий, вирусов и обладающих выраженной фиторегуляторной активностью. В связи с возможностью создания на основе подобных культур новых полифункциональных биопрепаратов разного целевого назначения, обладающих комплексным действием, как на целевые объекты, так и на растение, проведены исследования, направленные на изучение структуры активных комплексов, выделение и первичную идентификацию действующих веществ и установление возможных связей между строением БАВ и биологическими функциями перспективных штаммов.
Проведенные исследования позволили выявить целый ряд новых химических соединений, обуславливающих высокую антагонистическую активность штаммов, отобранных в качестве наиболее перспективных для создания биотехнологий фитосанитарной стабилизации агроэкосистем. Как показали исследования, проведенные в модельных лабораторных, вегетационных и полевых опытах, метаболитные комплексы ряда стрептомицетов могут проявлять комплексную биологическую активность: фунгицидную; бактерицидную; антивирусную; фиторегуляторную (стимуляция роста и развития, повышение урожайности, улучшение биохимических показателей плодов).
Следующей крупной задачей было оценить эффективность использования отселектированных штаммов микробов-антагонистов для контроля численности популяций фитопатогенных микроорганизмов в модельных системах. Исходя из обоснованного нашими исследованиями положения о том, что наиболее эффективно фитосанитарную регуляцию в агроэкосистемах могут осуществлять микроорганизмы и их ассоциации,, разнообразные как по экологическим тактикам, так и по составу комплексов БАВ, в качестве модельных объектов нами были выбраны штаммы микробов-антагонистов Bacillus subtilis и Streptomyces felleus, относительные R- и К- стратеги, сочетающие в онтогенезе не только основные типы жизненных стратегий, но и возможности L- стратегии и синтезирующие различные комплексы БАБ. Апробация эффективности раздельного и совместного влияния популяций этих штаммов на динамику плотности популяции фитопатогенного гриба Fusarium oxysporum в тепличном грунте, ризосфере и ризоплане огурца была проведена в серии модельных опытов. Наши исследования позволили выявить несколько важных теоретических и практических закономерностей и подтвердили существенную роль растительного организма в формировании многосторонних взаимоотношений в системе хозяин-патоген-антагонист.
При низкой начальной плотности фитопатогена антагонисты активно подавляли популяции гриба и в грунте без растения, и в ризосфере огурца. Более эффективное подавление гриба в ризосфере огурца подтверждают данные кластерного и дисперсионного анализа.
Наиболее эффективное ингибирование популяции F.oxysporum при интродукции микробов-антагонистов наблюдалось в ризоплане растения огурца: число пропагул гриба во всех опытных вариантах снизилось на два порядка на фоне увеличения количества пропагул гриба в контроле в десять раз. В данном случае наибольшая эффективность отмечена в варианте с совместным внесением обоих штаммов: Bacillus subtilis и Streptomyces felleus, обладающих разными экологическими тактиками и комплексами БАВ, что, по нашему мнению, и обуславливает синергический эффект.
При высокой начальной плотности F.oxysporum нами было показано достоверное ингибирование популяции F.oxysporum, в ризосфере огурца в присутствии обоих антагонистов одновременно.
В почве без растения высокая начальная плотность F.oxysporum приводит к аутоингибированию популяции гриба, и антагонистическое действие штаммов на популяцию методами дисперсионного и кластерного анализа выявить не удалось. Полученные данные подтверждают высокую сложность трофических связей в экосистеме растения и необходимость учета множества экологических факторов при разработке защитных биотехнологий.
Таким образом, на основании изучения состава активных комплексов штаммов микробов-антагонистов разной систематической принадлежности и роли действующих веществ в механизме подавления развития фитопатогенов сформулирована концепция создания и использования в системах защиты растений биопрепаратов двух типов - профилактического и пролонгированного действия на основе живых культур микроорганизмов и биопрепаратов для быстрого подавления развития возбудителей заболеваний на основе их метаболитных комплексов.
Разработанные нами концептуальный подход и основанная на нем методология отбора штаммов микробов-антагонистов, включающая модельные системы для оценки эффективности микробиологической стабилизации популяций патогенов в почвенном микробиоценозе, позволила в короткое время сформировать банк активных культур, разработать на их основе ряд полифункциональных биопрепаратов разного типа и целевого назначения для создания эффективных современных биотехнологий фитосанитарной оптимизации агроэкосистем (Алирин Б, Гамаир, Алирин С, Хризомал )
Разработаны опытно-промышленные технологии получения различных препаративных форм в зависимости от экологических особенностей применения биопрепаратов в системах защиты сельскохозяйственных культур. Биологическая эффективность новых биопрепаратов апробирована в отношении широкого круга возбудителей опасных болезней растений в разных природно-климатических зонах РФ, что позволило рекомендовать их включение в системы биологической и интегрированной защиты овощных, зерновых культур и картофеля.
