6.1.2. БАКТЕРИИ

Использование бактериальных антагонистов основано главным образом на механизме антибиоза, регулирующем взаимоотношения полезных и вредных (с точки зрения производителя сельскохозяйственной продукции) микроорганизмов. Как указывает М. С. Соколов (1990), антибиоз играет наиболее важную роль в зоне ризопланы (зона ризосферы, окружающая корни и корневые волоски растений в пределах до 100 мкм). Использование регуляторных механизмов направлено не на полное уничтожение популяции фитопатогена, а на существенное ограничение ее развития и снижение вредоносности. Источником получения штаммов бак-терий-антагонистов служат супрессивные почвы, в которых фитопатогены либо угнетены, либо элиминированы. В настоящее время бактериальные препараты против болезней растений в основном производятся на основе бактерий двух родов — Pseudomonas и Bacillus.

Бактерии рода Pseudomonas. В одной из предыдущих глав псевдомонады были описаны как потенциальные возбудители болезней насекомых. Однако наиболее распространены сапротрофные псевдомонады, заселяющие ризосферу как естественные регуляторы фитопатогенных микроорганизмов. К ним относятся Pseudomonas fluorescens Mig., P.putida (Trevisan) Mig., P. aureofaciens Kluyver и другие виды.

Благодаря наличию в ризоплане растений Р. fluorescens Mig. и других флуоресцирующих псевдомонад нейтральные или слабощелочные почвы обладают супрессивными свойствами. Бактерии хорошо усваивают различные органические субстраты, характеризуются быстрым ростом, продуцируют антибиотики, бактериоци-ны и сидерофоры, а также стимуляторы роста. Благодаря этим свойствам псевдомонады оказывают защитное действие от фитопатогенов и стимулируют рост растений.

Среди антибиотиков, продуцируемых псевдомонадами, обнаружены феназин-1-карбоновая кислота, производные флороглю-цина (пирролнитрин и др.). В настоящее время гены или кластеры генов, ответственных за синтез антибиотиков у псевдомонад, клонированы, благодаря этому их можно переносить в другие штаммы. Такие штаммы как агенты биологической защиты должны успешно конкурировать с другими микроорганизмами ризосферы и выживать в течение длительного периода. Это в значительной мере обеспечивает способность к синтезу разнообразных антибиотиков. Следует отметить, что пирролнитрин, выделенный из Р. pyrrocinia, в 1964 г. использовался в защите растений. К сожалению, это вещество оказалось нефотостабильным. Однако его искусственно синтезированные фотостабильные аналоги — фенп-риклонил (препарат группы БЕРЕТ) и флудиоксонил (препарат группы МАКСИМ) широко используются в качестве фунгицидов.

Важную роль в ограничении численности фитопатогенных микроорганизмов играют синтезируемые псевдомонадами сидерофоры — соединения, осуществляющие транспорт железа. Их отличительная способность — образование стабильных комплексов с трехвалентным железом. Связывая ионы трехвалентного железа в почве, сидерофоры лишают многие виды фитопатогенных грибов необходимого элемента питания, что приводит к остановке развития последних. К сидерофорам относится псевдобактин (пиовер-дин), полученный из разных видов Pseudomonas, желто-зеленый пигмент с м. м. около 1500 Да.

Показано, что псевдобактин ингибирует рост Rhizoctonia solani, Sclerotinia sclerotiorum, Phytophthora megasperme и других грибов, a также некоторых бактерий, например Erwinia carotovora. Псевдомонады продуцируют сидерофоры лишь в условиях дефицита железа, поэтому использование штаммов с высокой сидерофорной активностью не всегда оказывает защитное действие.

Установлено, что подавление прорастания хламидоспор Fusarium oxysporum сидерофорами происходит при концентрации железа в почве 10^_22...10~²⁷ М. Препараты на основе сидерофоров (псевдобактин, агробактин и др.) не только снижают численность популяции патогенов, но и стимулируют рост растений (Соколов и др., 1994).

На возможность использования бактерий рода Pseudomonas для подавления возбудителей болезней растений обратили внимание еще в 1939 г. Е. Ф. Березова и А. Н. Наумова. Выделенные ими штаммы Р. fluorescens Mig. лизировали мицелий фитопатогенных грибов. В 60-е годы XX в. А. А. Пантелеевым изучен вид Р. mycophaga, обладающий не литическим, а фунгицидным и фун-гистатическим действием. Изучение антигрибных свойств этого вида дало положительные результаты в опытах с Altemaria solani, F. solani, Юг. solani и другими фитопатогенами. А. А. Пантелеев предложил предпосевное замачивание корней рассады трматов в культуральной жидкости Р. mycophaga для повышения устойчивости к фузариозному увяданию.

Pseudomonas fluorescens Mig. Палочки размером 0,7...0,8х х 2,3...2,8 мкм. Колонии на МПА круглые, плоские, приподнятые или выпуклые, цельные, гладкие, светопроницаемые, иногда шероховатые. Культуры продуцируют флуоресцирующий пигмент (голубой или слабо-коричневый). Встречаются апигментные штаммы. Этот вид псевдомонад, особенно биовар V, распространен в ризоплане пшеницы, кукурузы, подсолнечника, люцерны и других растений. Разными авторами показана возможность подавления этой бактерией таких фитопатогенных организмов, как Septoria tritici (Levy et al., 1992), Xanthomonas campestris pv. campestris, Erwinia carotovora subsp. carotovora (Джалилов и др., 1994), Agrobacterium tumefaciens (Khmel et al., 1998). Эти данные свидетельствуют о перспективности создания биопрепаратов на основе флуоресцирующих псевдомонад.

Бактерии рода Bacillus. Из аэробных спорообразующих бактерий наибольшее значение как биологический агент подавления численности фитопатогенов имеет Bacillus subtilis (Ehrenberg) Cohn. В последние годы получены данные о возможности использования в защите растений от болезней также Bacillus mycoides FI. и Bacillus cereus Frankl.

Например, установлено, что бактерия Bt подавляет рост и вызывает лизис мицелия у Pythium ultimum и F. oxysporum f.sp. lycopersici (Amer et al., 1997). Эти данные представляют большой интерес в связи с перспективой использования бактериальных агентов для одновременного подавления насекомых и фитопатогенов.

Bacillus subtilis (Ehrenberg) Cohn. Бактерия известна под названием сенной палочки. Распространена в почве, воде, воздухе. Фрэнсис Крик, выдвинувший теорию панспермии, считал, что эта бактерия благодаря необычайно устойчивым спорам могла выполнять функцию «семян жизни». При расшифровке генома В. subtilis был обнаружен многочисленный набор транспортных белков, что свидетельствует о гибкости взаимодействия этой бактерии с окружающей средой.

Как правило, В. subtilis (Ehrenberg) Cohn, образует на питательной среде выпуклые колонии ризоидной формы. Хорошо растет на МПА, пептонно-кукурузном агаре и других средах. Размер клеток 0,7...0,8 х 2...3 мкм. В почве бациллы находятся в виде спор, или вегетативных клеток. При температурах почвы, близких к 0 °С, большая часть бацилл образует споры. Чем выше pH (щелочные почвы), тем больше процент спор В. subtilis. Бациллы хорошо развиваются в ризосфере ячменя, кукурузы, риса (Смирнов, Кип-рианова, 1990). Они обнаружены также в морской воде и в составе эпифитной микрофлоры.

Бактерии В. subtilis — наиболее продуктивные представители рода Bacillus по синтезу антибиотиков (более 70). Некоторые из этих антибиотиков подавляют рост фитопатогенных микроорганизмов. Например, сотрудниками ГНЦ прикладной микробиологии изучены антибиотики В. subtilis штамма ИПМ 215 (основы препарата бактофит). Методом тонкослойной хроматографии на пластинках «Силуфол» с последующей оценкой на тест-культуре Verticillium dahlie было установлено, что антигрибным действием обладает вещество с Rf=0,55. Минимальная концентрация, подавляющая рост возбудителя вилта, составляет 10 мкг/мл. По данным спектроскопии ядерного магнитного резонанса, это вещество относится к антибиотикам аминогликозидного ряда.

Рядом авторов выделены разные штаммы культуры этой бактерии, подавляющие фитопатогенные микроорганизмы. Так, в ВИЗР выявлен штамм В. subtilis — 10-ВИЗР, активно ингибирующий прорастание и развитие мицелия фузариевых грибов, что обусловлено синтезом как биологически активных веществ, так и других факторов конкуренции. Другой штамм В. subtilis — М-22-ВИЗР эффективен для защиты томатов от возбудителей бактериозов (Павлюшин, 1998).

В. А. Амбросов с соавторами (1997) получили путем селекции штамм В. subtilis В-40, проявляющий антагонистическое действие по отношению к грибам Verticillium dahliae, Fusarium graminearum, Sclerotinia sclerotiorum, Phytophthora infestans и др.

Другие бактерии. В последние годы отечественными и зарубежными учеными были получены данные об антагонистической активности ряда других бактерий по отношению к возбудителям болезней растений. Так, было показано, что бактерия Serratia marcescens Bizio, известная ранее как возбудитель болезней насекомых, обладает антагонистическими свойствами по отношению к фитопатогенам. Кроме того, установлена антигрибная активность бактерий — симбионтов энтомопатогенных нематод. Так, некоторые изоляты Xenorhabdus nematophilis Thomas et Poinar (из Steinernema carpocapsae) и Xenorabdus bovienii Akhurst et Boemare (из

S.feltiae) полностью ингибировали рост и развитие таких фитопатогенов, как Botrytis cinerea, Pythium colorathum, P. ultimum и др. (Chen, Dunphy, 1994).