Введение к работе
Актуальность проблемы
Устойчивость растений к заболеваниям, вызываемым почвенными фитопатогенами, во многом определяется результатами симбиотического взаимодействия между корневой системой растений и разнообразными микроорганизмами. Активная секреция клетками корня различных веществ обеспечивает питательными субстратами микроорганизмы, образующие с ними прочные ассоциации. В свою очередь, ризосферные бактерии обладают целым рядом механизмов, определяющих их способность ингибировать развитие почвенных фитопатогенов: это, в первую очередь, синтез антифунгальных метаболитов, конкуренция за питательные субстраты и поверхность корней, а также индукция защитных систем растений [Смирнов В.В., Киприанова Е.А., 1990; Боронин А.М., 1998; Логинов О.Н. и др., 2005; Bloemberg G.V., Lugtenberg B.J., 2001; Whipps J.M., 2001]. Наиболее распространенными ризосферными бактериями являются представители рода Pseudomonas.
Одним из факторов, позволяющих воздействовать на фитопатогеные микроорганизмы, заселяющие ризосферу растений, является продукция бактериями различных низкомолекулярных веществ, таких как сидерофоры и антибиотики [Логинов О.Н. и др., 2005; Kim K.K. et al., 2000; Nielsen T.H. et al., 2000; Paulitz T. et al., 2000; Fakhouri W. et al., 2001; Sorensen D. et al., 2001; Quail J.W. et al., 2002; Lee J. et al., 2003]. Эти антигрибные метаболиты имеют различную химическую структуру и некоторые из них обладают способностью к комплексообразованию с экзометаболитами растений, образуя с ними стабильные комплексы, недоступные для использования фитопатогенами, что приводит к ограничению их роста при улучшении роста растений. Однако эта способность для метаболитов бактерий рода Pseudomonas практически не изучена. В тоже время, установление механизмов действия метаболитов бактерий рода Pseudomonas на фитопатогены необходимо для разработки эффективных способов защиты растений.
Цель исследования
Оценка комплексообразующей способности метаболитов, продуцируемых бактериями рода Pseudomonas и определение их биологической роли в проявлении фунгицидной активности по отношению к фитопатогенным грибам.
Задачи исследования
1 Установление способности к росту и развитию исследуемых штаммов Pseudomonas putida ИБ 17, Pseudomonas chlororaphis ИБ 6, Pseudomonas chlororaphis ИБ 51 в средах с компонентами экзометаболитов растений в качестве источника углерода.
2 Изучение комплексообразования триглицеридпептидов исследуемых штаммов Pseudomonas с различными углеводами, органическими кислотами и аминокислотами, входящими в комплекс экссудатных выделений корней растений.
3 Изучение способности к комплексообразованию метаболитов псевдомонад с катионами металлов: меди, цинка, кадмия, свинца.
4 Установление оптимального стехиометрического состава комплексов метаболит : экссудат, метаболит : катион для проявления фунгицидной активности метаболитов Pseudomonas.
5 Оценка комплексообразующей способности триглицеридпептидов бактерий рода Pseudomonas как одного из механизмов их ингибирующего воздействия на фитопатогены.
Научная новизна исследования
Впервые охарактеризована способность триглицеридпептидов псевдомонад образовывать межмолекулярные комплексы с экссудатами растений: углеводами, органическими кислотами, аминокислотами, тем самым лимитируя по субстрату фитопатогены. Установлено, что процесс комплексообразования триглицеридпептидов и растительных экссудатов является одним из механизмов, ограничивающих развитие фитопатогенов в ризосфере сельскохозяйственных растений.
Впервые показано, что метаболиты псевдомонад способны к образованию ассоциатов различного стехиометрического состава с ионами металлов: меди, цинка, кадмия и свинца, что снижает содержание солей металлов в ризосфере растений.
Практическая значимость
Установленная способность триглицеридпептидов псевдомонад образовывать комплекс с экссудатами растений позволяет рекомендовать их применение в качестве средств защиты растений.
Установленная способность исследованных штаммов бактерий Pseudomonas к секреции антигрибных метаболитов в средах с различными субстратами является основой для использования их в производстве биопрепаратов, предназначенных для защиты сельскохозяйственных растений от грибных фитопатогенов.
Установленная комплексообразующая способность метаболитов бактерий Pseudomonas с ионами металлов позволяет рекомендовать применение препаратов на их основе для снижения загрязнения почв.
Основные положения, выносимые на защиту
1 Бактерии P. chlororaphis ИБ 51, P. chlororaphis ИБ 6 и P. putida ИБ 17 способны к росту и секреции антигрибных метаболитов в средах с источниками углерода, которые могут составлять комплекс экссудатных выделений корней растений, что позволяет им интегрироваться с растением в совместном функционировании системы бактерии – растение – фитопатогены.
2 Триглицеридпептиды псевдомонад способны образовывать межмолекулярные комплексы с компонентами таких фракций экзометаболитов растений, как углеводы, органические кислоты и аминокислоты.
3 Метаболиты бактерий способны образовывать ассоциаты с ионами меди, цинка, кадмия и свинца, не обладая сидерофорной активностью по отношению к ионам железа.
4 Оптимальные стехиометрические составы комплексов метаболит : экссудат и метаболит : катион для триглицеридпептидов штаммов бактерий P. chlororaphis ИБ 51, P. chlororaphis ИБ 6, P. putida ИБ 17 с компонентами различных фракций корневых экссудатных экзометаболитов растений и ионами металлов, находятся в интервале 1:1 – 1:20 и 1:1 – 1:9, соответственно.
5 Образование межмолекулярных комплексов триглицеридпеп-тидами штаммов Pseudomonas с экзометаболитами растений ограничивает доступность источников углерода для фитопатогенных грибов и является одним из механизмов проявления их антигрибной активности.
Апробация работы
Основные результаты работы были представлены на XIX и XX Международных научно-технических конференциях «Химические реактивы, реагенты и процессы малотоннажной химии» (Уфа, 2006, 2008), IV Всероссийской научной internet-конференции (Уфа, 2006), II съезде микологов России «Современная микология в России» (Санкт-Петербург, 2008), 5-м Всероссийском научно-практическом совещании-семинаре, (Анапа, 2008), Международной научно-технической конференции «Китайско-российское научно-техническое сотрудничество. Наука-образование-инновации» (КНР, Харбин – Санья, 2008).
Публикации
По материалам работы опубликовано 12 научных работ, в том числе четыре статьи в рецензируемых ВАК РФ журналах.
Объем и структура работы
Диссертация изложена на 99 страницах и состоит из введения, обзора литературы, собственных исследований (3 главы), заключения, выводов, практических рекомендаций, приложений. Работа содержит 7 таблиц, 11 рисунков. Список литературы включает 26 отечественных и 110 иностранных источников.
Благодарности. Автор выражает глубокую благодарность за неоценимую помощь в выполнении работы заведующему контрольно-аналитической лабораторией к.б.н. С.П. Четверикову; в.н.с. лаборатории биологически активных веществ Института биологии УНЦ РАН к.т.н. Н.Н. Силищеву; сотрудникам лаборатории прикладной микробиологии Института биологии УНЦ РАН – с.н.с., к.б.н. Н.Ф. Галимзяновой и с.н.с., к.б.н. Т.Ф. Бойко.
