Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ РАСТИТЕЛЬНЫХ ЭКССУДАТОВ ВО ВЗАИМОДЕЙСТВИИ РАСТЕНИИ И МИКРООРГАНИЗМОВ

ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ РАСТИТЕЛЬНЫХ ЭКССУДАТОВ ВО ВЗАИМОДЕЙСТВИИ РАСТЕНИИ И МИКРООРГАНИЗМОВ"

6ООО0

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА. ОКТЯБРЬСКОЙ РЕЮДЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАИШИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ЯМ. И.В. ЛОМОНОСОВА

Факультет почвоведения

На правах рукописи

гольшин Петр [^холаввяч

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ РАСТИГЕШШ ЭКССУДАТОВ ВО ВЗАИМОДЕЙСТВИИ РАСТЕНИИ И МИКРООРГАНЮМОВ

Специальность 03,00.0? - микробиология .

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА - 1931

■щ* '

Работа выполнена на кафедре 0налагая почв: факультета почвоведения Московского Государственного Университета кн. Ы.В.

Ломоносова

Научный руководитель: ведущий научный сотрудник, доктор биологически наук

B.C. Гузев

(фщиальдае оппоненты: заа. лабораторией ИНЫН АН СССР, ; доктор биологических наук

Н.С. Панике® старший научный сотрудник, кандидат биологических наук

C.А.. Зайцев

Ведущее учреждение: Московская сельскохозяйственная . академия им К.А. Тимирязева '.■".'

Защита состоится " * " охтакуя 1991 г. на заседании специализированного совета в ИГУ им. Ы.В.

Ломоносова в аудитории U-2 в 15 ч. 30 мин.

С диссертацией можно познакомиться в библиотеке факультета почвоведения МГУ.

Автореферат разослан mU * Ag^ 1М1

Прягладаеы Вас принять участие в обешеши диссертации ва заседании специализированного совета в 107 им.

И.В. Ломоносова ш адресу: Москва, 11S699, Ленинские гора, МГУ, факультет почвоведения.

Ученый секретарь • специализированного совета, кандидат

биологически! наук, доцент И-П* 5861,808

ЦЕНТРАЛЬНАЯ НАУЧНАЯ БИБЛИОТЕКА

I Wook. оольснохоз.

И. А. Тм^мриэооа

■Ино. No.

. Актуальность пооСлеш. По литературным данным, полученным ранее МНОГИМИ авторами (Sauerbeck, Johnen, 1977; Vhlpps, . Lynch, 1985j Паников с соавт., 13871, известно, что весьма значительная часть продукции фотосинтеза высших растений попадает во внешне среду в в иле растительных выделений. Исчершващего объяснения этот феномен пока что не имеет, несмотря на то, что попытки такого рода предпринимались неоднократно (Barber, 1981; Умзров, 1906). Применяемые для защиты сельскохозяйственной продукции пестициды не имевгг природных аналогов как по структуре, так и по механизму действия, поэтому в настоящий момент существует острая необходимость дазааная естественных механизмов защиты растений от микробной инвазии. Это позволит сохранить продукции растениеводства, избегая наруяения природной среды. Исследования сотрудников кафедра биологии почв МГУ (Гузев с соавт., 1386: Базов с соавт., 1988; Паников, Евдокимова, 1989), посвященные изучения эффекта " пролонгированной катабешггной репрессия показали, что, трофическое воздействие мономершя субстратами значительно снихает микробную гидролитическую активность в почве. Выло сделано предположение о том, что в местах обитания микроорганизмов, связанна! с поверхности корня, где постоянно поддерживается высокая концентрация мономерных углеводов, растительные экссудаты в состояний обеспечить защиту растительных покровов от ферментов фатооатогешых микроорганизмов, обеспечиващп начальные этапы кнвазли (Гузев. 1989 I.

Ц£Дь pajofb!. Ка основания экспериментального исследования оценить экологическое значение экскреции' легкоусваиваекнх мономерах соединений растениями в их взаимодействии с почвенными

микроорганизмами.

Ощррые задали исследования: - 1. Изучение количественных параметров процесса выделения растениями фотоассимилированного органического вещества..

2. Исследование особенностей эффекта пролонгированной катаболитной репрессии.

5. Изучение - возможности защиты растений от микробного поражения посредством трофического воздействия иономершм питательным субстратом.

Научная ноэнэна. Впервые экспериментально показано, что растительные выделения снижают деструщаоануп активность микроорганизмов в почве, причем легкодоступные органические вещества (углеводы, аминокислоты, органические кислоты) го своему действии оказались аффективнее ингибиторов растительного происхождения. Установлено, что защитное по отношении к покровным тканям растения действие мономерам питательных субстратов сопряжено с определенным уровнем внутриклеточного пула цШФ, фитопатогенного юпсромацета, что подтверждает связь механизма защиты с явлением катаболатвой репрессии.

Практическая значимость■ Разработана модификация метода ' целлофановых мембран, позволявшая оценивать целдхшдитическус активность отдельных культур микроорганизмов в изучать влияние состава питательной среды на их гидролитическую активность.

Основные результаты настоящей работы включены в шли лекций "Экология почвенных никрооргаяимовчитаемых на кафедре биологии почв МГУ. Полученные в настоящей роботе результаты могут быть использованы для разработки технологии применения трофического способа воздействия для сохранения сельскохозяйственной продукции.

. Апробация рзб^ты ■ Чатеридяч диссертации были доложены на ВсесошноИ конференции "Микроорганизмы-стимуляторы и ингибиторы роста растений и животных* (г.Ташкент, 1909 г.) я на заседания кафедры биологии почв факультета почвоведения МГУ.

Основное содержание диссертации опубликовано в трех статьях и одних тезисах.

' Структуру и рбъем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав обзора литературы, трех глав результатов, трех глав ■ обсуждения результатов и выводов. Материалы диссертации изложены на ¿ветреницах машинописного текста, включая Д/3 рисунков и ? таблиц. Список литература содержит Z// названий, из них - ¿¿> на русском языке.

ОНЬЕКТЫ И МЕТОДУ ИССЛЕДОВАНИЯ

Объекты исследования. В работе использовали микроорганизмы, выделенные с поверхности пораженных растений и из почвы, зерновые и овощные с/х растения, среднесугдинистая дерново-, подзолистая почва почвенного стационара МГУ.

^льтиеитор^ние иикрос»ргани?)|ДОВ. Микроорганизмы выращивались в периодической культуре нз синтетических питательных средах, о которых варьировала содерташи шмонийного азота. В качестве источника углерода и энергии ислользовали смеси субстратов; гликозу и карбокси-метияцеллшозу (КМЦ1 мелко- кристаллическую, глюкозу и препарат' корней пшеницы, глюкозу и целлофан.

)чуль ти ейсс^ание пороет р.^в . После стерилизации семян

пзкница Ш известной методике (Backer et al.,1965I прорОСТКИ помеззлз в стеклянные колонки и вирагявала на синтетической среде, использовавшейся пул культивировании FusariuB oxysporua на глас зе

а КМЦ. Инокуляцию проростков мякромщвтом Fua. ояузрогшв проведали через 35 суток . после начала прореоваяля семян. Прямые микроскогическяе - исследования за развитием фитоязтошшнх микроорганизмов на поверхности растений проводили с помощью электронного кшсросжша JSM-2 фирмы "Jeol*. .

учени? тропического воздействия глскозы цз развитие С«ТОПSTQгенных шкроницетов' F. solanl И Alternarla altemata. Зеленые плоды, томатов нескольких сортов обрабатывали 55-ныл раствором глшозы. После этого томаты опрыскивала биомассой мхкрошщета. предварительно отмытой в фосфатном буфере 2-д кратным центртфугированием (5000 Об/КІШІ. В опытах С A." alternata часть плодов, иноку лироважшд этим микромнцетом обрабатывали бордоской жидкостью. Для определения' целлшолитичесюа .активности микроорганизмов в почве использовался метод целлофановых жндрщ (Гузев с соавт., 1967). Обогащение почвы солями проводили, используя минеральные удобрения і сернокислый аммоний, срерфосфат, хлорид калия), из расчета 250 кг азота, фосфора и калия ва гектар соответственно. Изучение влияния на целлшштическуп активность почвенных микроорганизмов различных мономерных субстратов (Сахаров, аминокислот, органических кислот), а также различных ингибиторов микробной активности <ташшна, водного экстракта лукового гомогената. препаратов терпенових смол) проводили путем помещения водши растворов соответствуют реагентов на внутреннюю повершость целлофановых мембран.

Динамику выделения или ассимиляции углекислоты микроорганизмами и растениями осуществляли на газовом хроматографе JKH-8 МД с катарометром- Определение белка проводили по Лоури и Бредфоряу (Lowry et аК, 1951 j Bradford et al., 19751. вммэаЮНЫЙ азот определяли с реактивом Несслерй (Соколов, 1975), определение

: глюш проводила с помощьп глшозооксддазно- пероксидазного метода (Мешкова, Севером, 1379).

РЕЗУЛЬТАТЫ И 08СЩЕНИЕ

к Влияние растительных выделений на гидролитическую активность почвенных микроорганизмэв

В литературе фигурируют довольно различные сведения о масштабах выделения растениями: органически веществ во внегоп) среду, которые, в значительной степени зависят от условии культивирования. Поэтому на первом этапе изяеиия роля растительных экскретов во взаимодействии растений и микроорганизмов было необходимо: провести исследование о 'количестве органического вещества,, которое акскретируется растением в заданных лаОораторныхусловиях.

Определив среднее содергаяие углерода в фитомассе <0.45, г углерода'г фятокассы I. рассчитывали количество углерода, ассимилируемого за Г сутки в процессе фотосинтеза, учитывая линейный характер роста растений: . х 0.45 - Ч^

где - скорость прироста фитомассы за одна сутки;

7Ш - скорость прироста углерода фятомассн за сутки.

б свою очередь. можно рассчитать как дз/д», где « -

прирост фитомассн за' промежуток времени дя. Таком способом установили, что ежесуточно в фитомассу одного растения вюшчается о.ьа мг с-со2 . Опыты показали, что скорость ассимиляции углекислоты после в шипения света : и дыхания после затемнения практически постоянны- _ Для расчета количества продуктов

акзоосмоса полагали» что общее количество ' ассимилированного углерода tc^ i равно суюде колачества углерода, ассжшкровазного в фатомассе J, углерода, выделившегося при темновом дыхании к^.) я углерода, поступившего во внешни среду в виде продуктов акзоосмоса и

с* • * сс * V

йсорость ассимиляции углекислоты ва свету и продукции С02 в

темноте ПОСТОЯННЫ - , И «const, ПОЭТОМУ:

va4 " vc4i * Se * Яи СВДвксы L s d обозначают свет я темноту соответственно); отсвда можно рассчитать сколько углерода выделяет одно растение за 1 сутки;

A' -Vi 'Vo'V, i

По данным расчетов (рас.1), в эксперименте из ассимилируемого растением в процессе фотосинтеза (2.5 мг/сутки) углерода на растительные выделения приходится 1.4 кг, на дыхавие-0.4 мг а ассимилируется в фатомассе всего лишь 0.7 мг. Таким образом, показано, что в условии эксперимента проростки пшеница теряют с выделениями к концу 1 месяца вегетации до 60с углерода и лшь 25* ассимилируется в фатомассе. Данные результата в делом подтверждает современные представления о масштабах растительных выделений (Sauerbeck, J oh ne п, 1977; Vfhipps, Lynch, 1965). Следует также иметь в виду, что в экспериментах имела место высокая скорость протока питательной среда при культивировании проростков ' пшеницы. Поскольку большая часть растительных выделений у пшеницы представлена в виде экссудатов, т.е. веществ, зкекретируемкх растением без затрат метаболической энергии, посредством диффузии, то снижение концентрации мономеров вблизи поверхности корня за счет постоянного оттока создает ■-концентрационный градиент, который способствует высокой скорости даЗфузли

б

мг С-ССЦ/сутка з

РИС. 1 Суточная ассимиляция углерода углекислоты Сд1:

накопление углерода в Фитомассе дыхание (Ус> а акскреция

органического вещества проростками птешпш в течение пертого' месяца вегетации

-т*

100 *Є0 200 580 300 Зво 400 Вр»;мя шзрушеїмя целлофана (часы) Рис, З.Влзяние вндел^тпгЯ і гро ростков ртстеїмз на целлмаяитиче-скую актилдость микрооргаїтазмов в дсрїіоп о-подзолистой почве

мовомерши органических продуктов фотосинтеза.

Йредставляется интересны» обсудить вопрос*, действительно да растительные выделения способны оказывать какое-либо воздействие на гщсролиппесхз* активность «якроорганизмоа в почве, и, еслй это так, то какая часть выделений более активна в атом отношении: условно говоря, специфические ингибитора ила мономервде органические субстраты, широко представленные в выделениях.

Если на целлофановые мембрана поместить проростка семян различных растений, то можно обнаружить,, что выделения различных растений задерживает начало процесса разрушения полимера. Данные, представленные- на рис,2 демонстрируют способность : различных растений задерасявать начало разрушения 'полимере шчвешшмн микроорганизмами. Как видно' яэ данного рисунка, в наибольшей степени способность замедлять начало процесса, разрушения целлофана проявляет растения семейства злаковых (гюенаца, овес, ячиеаь). Известно, что в экссудатах этих растений содержится бслыюе количество безазотистых соединений (в основном, Сахаров), за счет чего в прикорневой зона соотаооеняе с/«- примерно равш 30-35 (ВагЪег, .Сцпо, _ 1974». .' БерОЯТШ. ' ПОГрейЛетЮ микроорганизмами данных углеводов в является причиной задером разрешай гшамера.

Внесение в почву кэяомершл питательных субстратов, -представл^ншх в составе растительных экссудатов (сахара, аминокислоты, органические кислоты в их соли) прод ешнстраровало, что они ие оказавши влияния непосредственно - на скорость рвгрувеяия целлофана. Вместе с тем, время полного разрушения целлофана при вне сета в псяву мономеров значительно 1ва 60-250 часов) превкиэег таковое время в контроле (рзс.З). Известно (Абу-Эль Нага с соаат.. 1963), что мономерше субстраты-

О 100 200 ЭОО 400 вОО

Время разрушения (час) Рис.3 Влияние различных низкомолекулярных органических соединения на разрушение целлофана в дерново-подзолистой почве, вносима хв концентрация 1 мг/г почвн

(например, гшсоза), поступающие в почву в небольших количествах (1-2 мг/л). достаточно быстро - в течение 1-2 суток -утилизирую ся почвенными микроорганизмами. Однако, как видно из рис.3, разрушение полимерного субстрата вслед за мономером наступает не через 1-2, а лишь через Э—11 суток. Явление, аналогичное набладаемому здесь, было названо эффектом -пролонгированной катаболитйой репрессии (Гузев с соавт., 1906! ' Вызов с соавт., 1988). По, мнешш авторов, пролонгированный, т.е. продленный во времени характер перехода к утилизации полимерного субстрата после потребления мономера обусловлен недостаточным количеством минеральны* солей в почве.

Динамика разрушения целлофана,, обработанного некоторыми ингибиторами растительного происхождения демонстрирует, характер действия данных ингибиторов на целлшсштггескае микроорганизмы. Происходит снижение скорости процесса разрушения, целлофана, выражающееся в уменьшении угла наклона прямых, ощсиващих динамику процесса деструкции полимере. В отличие от ингибиторов, моиомерный субстрат (глпкоза) де вызывает изменения скорости разрушения целлофана, а лишь задеркивает его начало. Важно отметить,: что при относительно высоких концентрациях трофическое воздействие глюкозой на почвенные микроорганизмы оказывается более эффективным,, чем токсическое воздействие ингибиторами растительного происхождения: при концентрации реагентов 5 и 8 мг/г почвы разрушение целлофана под действием глюкозы происходит на 60-100 и 650-740 часов (соответственно) дольше, чем под действием тестируемых ингибиторов (тазнина, водного экстракта лукового гомогенате и препаратов терпенових смол (рис.4).

Таким образом, сравнение действия ингибиторов растительного происхождения и мономерного ■питательного субстрата (глшозы)

показало, что последний мохег более эффективно предотвращать разрувенне полимерного субстрата.. При этом действие ингибиторов сводится ливь к замедлению, но ае к предотвращении гидролиза полимера ,7.

2. Особенности эффекта пролонгированной катаболитной репрессии микробного синтеза гидролитических ферментов

В ряде работ (Гузев с соавт., 1966) Вызов с соавт., 1968; Панишв, Евдокимова, 1989) авторы наблвдалк длительную задержку утилизации полимерного субстрата после потребления мономере в условиях дефицита минеральных солей. Этот феномен изучался и в настоящей работе, в связи с его потенциальной значимостью для предотвращения инвазии фитопатогенных микроорганизмов в ткани растений. 8 качестве модели полимеров растительных тканей использовались целлофан, КМЦ и препарат Кореей гаеницы.

Если варьировать состав агаризованной питательной среды го минеральным компонентам, то оказалось, что величина концентрации глгаэзы, вызывавшей пролонгированную катаболитнуп репрессию изменяется у микромицета Гизаг1иш ао1ащ(рис, 5). Этот факт находит объяснение в литературе с точки зрения зависимости развития состояния пролонгированной репрессия синтеза зкзопидролаз от величина минерального фона {Вызов с соавт., 1988). / ■ . .

При изучения утилизации полимерного субстрата (КНЦ) в присутствия монохера (глишза)' наблхщается похожая картина: кикромицет Ризаг1иш охуарогшп, рвСТуШЙ В Периодической культуре, ■ потребляет всю глакозу г 22 часу культивирования рис. 6А1- что соответствует моменту перехода его в стационарную

Глїа<оза ir/лі 10

ю к»

' «ьшзралыша фон срйш Чапека (S )

Рис.5 влияние минерального фона среда Чадвка на величину старті вой концентрации гдтозй. вцаываящаи пролонгитювадау п катаОолитлуї ■ рвпрасса» У микромацета Fusarium solinі

фазу роста tjac. євь Однако потребление второго субстрата < к® і без сколь-швдь длительной naysîf происходит лавь тогда, когда соотновенае С/Н равш г.а а В вариантах со' стартовыми соотношениями с/н, равными s.з я із .о где ' остаточная концентрация аммония в среда маха ш не превышает 15-го иг/л найлвдалэсь длительная эадерсса утилизации полимерного субстрата. И, наконец, щя исходном соотношении C/N, равном 19.г ве происходит даже полного вотреблвния глнаш (рас. 6А). при культивировании данного никромвдета ' на другой комбинации субстратов (глюкоза и препарат корней пшеницы) данный полимер такие не утилизируется после: потребления пмоксш, веля относительное содержание минерального азота в питательной среде невелико (рас. 7). Гакам образом, соотновенае концентраций

12

рис. 6. Влияние соотвокеюш с/м на потребление глгаози (А). ко пива трацкю Овлка (С), скорость дакания (В) а коицвнтпащш агмшшя (Г) С/« №>^4,4*. Ш-а.З; НЫЭ.О) (&)-19^гТСрвда С КИЦ

источника углерода и энергии и источника минерального питания определяет характер роста микромяцета на смеси субстратов.

При изучении глшозного эффекта in situ удалось установить, что . действие глюкозы та микроорганизмы в почве также связано с обеспеченностью элементами минерального питания. 00 этом свидетельствуют результаты, .представленные на рис.' 8. Продолжительность задержки разрувения. целлофана, вызываемой действием глшш, оказалась зависимой от содержания в почве минеральных солей. Промывка: почвы приводит к усиленно действия гликозы, которое проявилось в увеличении промежутка времени, по прошествии которого начиналось разрушение полимерного субстрата. Обогащение почвы минеральными солями уменьшает, время задержки разрушения целлофана. Таким образом, также, как я в случае с чистыми культурами микроорганизмов, в почве происходит длительная задержка утилизации полимерного субстрата после потребления мономера, которая модулируется относительно низким содержанием минеральных компонентов. В отличие от чистых культур микроорганизмов, в почве не удается достичь состояния необратимой репрессии. Вероятно, данный факт связан с наличием в почве неких микрозон и локусов с микроорганизмами, которш "не хватило" гликозы или которые находились в момент внесения в почву глшозы в покоящемся состоянии.

Одним из возможных объяснений явления длительной задержки утилизации полимерного субстрата шкет быть тривиальное лимитирование роста микроорганизмов элементами .минерального питания. Результаты, полученные в настоящей работе, позволяй1 утверждать, что. в данном случае происходит утилизация полимерного субстрата даже при жестком азотном лимитировании. В варианте ошга с исходшм соотношением C'N, равным 13.о, где

мг С-С02/мл час 10' 1Є0

глвкоза (кг/л) яво

часы

Рис.7 Влияние соотношения С/N на дшсашіе Риа»г1шт охуарогшв при росте на глюкозе и препарате корней пшеницы. 1- скорость выделения С02 (С/М-2,1 и 2 - концентрация ГЛЮКОЗЫ (С/Н-2,1>і з - скорость

выделения С02 (С/М-351

Р, (^30 КГ'

I

К (КО КІ і

N (250 КГ/

N.

125<Г230*1!50

во

100 1в0 МО 160 300 эво «о»

Время (часы)

Рис.8 Влияние глшози (5 мг/г почвы) на время рвзрупения целлофана в дерново-подзолистой почве на фоне различных минеральных удоОрениа

МГ С-СО^/час ни Ю5 *оо

Рис. 9 Влияние минеральных солей я цАЮ на скорость дыхания мякромяцэта Риалг 1и«1 охуарс-гш» Яв СрвДв С КМЦ ПОСЛв ПОТРООЛвНИЯ ГЛЮКОЗЫ. (КН4)2НР041 <3 Г7Л, (3)-5 Г/Л: «аС1: (61-1 г/Л,(41-5 Г/Л;

ЦАМФ г (1> - 0,35 Г/Л. (2) - 0.7 г/Л

ГИС.Ю влияние ИЯНврвЛЫШХ солей 3 ЦАМФ 113 скорость дыхаиия Ри»»г1ш» охуврогига поело удалетая глюкозы ш> среяе с корнями пвегопда (Ш 12НГО : (41-1 Г/Л, <г)-ЬГ/Л;НаС1.'( 51-5 Г/Л. (3 >-ЙГ/Л; ЦАДО: (1)-0,У5Г/Д

дюуксячесиа рост зе наблвдался, носке потребления культурой гшюва добавляла минеральное соли а 'цААФ. Внесение в жультурвлъву» '«вдкостъаюершіьннх ' солей і содер*адах и не содержав^* азота) вковцентращш 5 г/л правело к реактивации ітфобдаї меток го отновенив к КНЦ (ріс. 9). Внесение мінеральних; солей в ' концентрациях* близких к их исходным ешдеепрадая!* в среде иг/лі, не вызывает изтнешя доательаой активности ипфокицета- Тагам же образом действует добавление этих веществ в кїльтїральауо жадкость микромицета Р. охуврогиа, .находящегося в состоши.'репрессия синтеза экзофврментов и• при другой комОишоя субстратов {глгаоза и полимера растительного ' Корея) (рас. 10). Необходимо отметить, что способность активизировать кикробаув биомассу проявляет ,: не „■ только азотсодержащая соль, во и «лсі Уцди, известный как хдичевоЭ шп'вр4едшт/:ояределяпцнарегуляадп: катаболизма смеванвшс субстратов (Каеалмик, °ы«14к&г<к, 19661. Из общей экологии известно, что в ряде случаев определенный 4ажтор монет, действовать не только как оказаващий.лимитирующее влияете, во я как регулирующий. Существум представденад о регуляторної рола многих {акторов, определявдах направленность и интенсивность тех ИЛИ ИНЫХ процессов В6ИОЛОГИЧЄСМГХ системах < ХИЬЫЯ, 19661, В рассматриваемом , в данной работе случае кшеральше сола могут виступать не: только в качестве лимитирующего субстрата но а в -' качестве посредников определенных . процессов в система регуляции синтеза гидрологически ферментов, то есть более т&аяш воздействии, чем простое влияние і лимитация к Такое воздеЭсгвие, по назему мзенио, можег рассматриваться как

ЯйГЧИДТарйОй. - '

з. Защитная роль мономерных органических субстратов во взаимодействии фитопатогенных микроорганизмов с растениями

ЫакрОМИОДТ Fusarlua oxysporun, KOTOJKM ИНОКуЛИрОВ&ЛК

проростки пшеницу вызывает у этого растения болезнь, называемую " фузариозным увяданием Внешне она проявляется в пожелтении и увядании листьев растения. Измеряя некоторые параметра основной функции листьев - фотосинтеза, можно оценить степень яораженности растений возбудителем болезни.' В варианте опыта, в котором использовали высокое соотношение с/ir стационарная скорость ассимиляции углекислоты практически не изменялась в течение всего эксперимента. Однако, .в другом варианте опыта, где это соотношение было равно 0.8, скорость поглощения листьями со2 снижалась примерно в 4.5 раза (pac.il). Произведенный сразу же после окончания-эксперимента подсчет пожелтевших листьев (рис. 12) демонстрирует "явную связь этого показателя со скоростью фиксации двуокиси углерода: в вариантах С и В, реаличаддаея по величине скорости фиксации С02 в 4.5 реза количество иатактных растений различается в 5 раз (100 и 2ût соответственно). Таким образом, в варианте с низким фоном минерального азота ~ можно говорить о защитном .действии мовомерного субстрата (глшозы), который предотвращает, поражение проростков пшеницы, шокулировешых фятопатогешшм МИКрОМИЦеТСМ F. oxysporum. ЭлеКТрОНПО-микроскопические исследования подтвердили вышесказанное. В том случае, когда питательная среда характеризуется относительно высоким содержанием минерального азота, внешне покровные ткани оказывается нарушенными, причем зоны повреждения до своей фор*е напоминает форму гиф микромицета. В вариантах, где относительное

мг C-COjj/чао 0.2

0.16

O.OS

* C/N"0.®

■СЛМ2

Время (сутки)

Рис.11 Влияние соотношения c/n на ассимилянп углекислоты проросткам^ пшениин после инокуляции микромицетом Рил»riuœ охуврогига

100*-

тм-

во» -

гв*

СЗ» ■)

Рис. 1г Влияние глюкозы на • поражение щюницы Фитопатогеннпм : микромяцотом F.oxyaporum ца различном минеральном фоне питательной среду: (А) - C/N-2.2, без ИНОКУЛЯЦИИ: (Б I - C/N-0.6,(Ct -■C/N42! toi - c/n«2.2. ( 1 )-здоровые. (2/-пораженные растения

Пораженные томаты. %

*»

10

»

20 1в 10 I

О

СОРТА' сонатаыа-—-;

НУ'}

■л,'

- -- .-V ;

* *

Рас. 13 Влияние обработки:&х-янм раствором глюкозы (с )на поражение ШЮДОВ томатов мнкромвдетом Риааг»ит ао1ап1

Поражетше томаты (*) 100

Гас. 14 Шгляцдо обработки 5Х-лы.ч раствором глпкззи (С). боргэсша жидкостью 1Си" ) и водой (Н^О) ия яоражеяио планов токатов м.ткроми-

цчтом кИггмги «И*гпа1». (К - КОЭТрОЛЬ боЗ ИНОКУЛЯЦИИ)

содержание минерального азота было ниже IC/NM21, после отмывки мацелая с : корней наблвдали неповрежденную поверхность. Результаты, полученные в данной работе в целок подтверждай предположения Фостера И Ровира (Foater, Rovira* 19741 О возможности регуляции гидролитической активности юкрооргшызмов вблизи корней растений по типу катаболитной репрессии. Однако эффективность этого регуляторного механизма в реальных условиях значительно выие чем у предполагавшегося ранее за счет пролонгированного характера, который тот приобретает при недостатке элементов минерального питания."' ' ,

Инокуляция ишфомицетом Fuaarium solani ШІОДОВ ТОМЭТОВ разных сортов приводит к их поражение этим грибом. Плоды томатов, обработанные БХ-шш раствором глекозы, характеризовались более низкам процентом пораженных плодов (рас. 13). Таким образом, с помощью трофического воздействияждалось предотвратить поражение плодов томатов фитопатогенным гикромщетом.

В данной работе были проведены опыты, в которых сопоставляли защитное действие глюкозы, направленное на защиту покровных полимеров томатов с действием стандартного фунгицида - бордоской ЖИДКОСТИ ОТ ИХ порчи фитопатогенным микромицетом Alternarla aiternata. Как видно из ряс. 14, глвкоза сокращает процент пораженных плодов до iCtt (в контроле поражено 90» плодов), а бордоская жадюсть - лшь до 40S. Также, как в в случае с изучением Fus ar luía solani, МШфОМОрфОЛОГИЧескаЯ КйрТИШ поверхности томата, обработанного гликозой представлена редким мицелием микромяцета, развквашвгося за счет потребления глпеозы, без нарушения поверхностных тканей томата.' Таким образом, используя трофическое воздействие оказалось возможным экспериментально предотвратить инвазию фятопатогешшх

макромицвтов в ткани : плодов. Аналогичные ' результаты ' с исследованием нефдтодатог emre i микроорганизмов была получены ранее в работе B.C. Гузева с сотрудниками (1988). Авторы сообщали о результатах; которые они получили при изучении действия глпкозы и токсических препаратов, содержащих медь на. почвенные мюсрооорганизда, рвзрушмие целлофан. Токсические вещества, ингиСирущяе' микробную целлвлолитическуп активность лишь сникали скорость разрушения*'полимерного субстрата, да не предотвращали его гидролиза. - Трофическое. воздействие адномеркым субстратом отличается , тем, что оно приостанавливает начало этого процесса. Вероятно, и на поверхности плодов томатов все происходит подобным образом: бордоская жидкость . лишь ■ замедляет процесс пигролпза поверхности томата, не препятствуя инвазии, в то же время обработка глшозой предотвращает . выделение ферментов фитопатогеншшх микроорганизмов, которые обеспечивают последним проникновение во внутренние ткани растения.

Полученные .экспериментальные данные позволяют считать, что основное экологическое значение экскреция растением в окружащую среду. значительной часта фотосинтетической продукции состоит в защите покровных тканей от деструктивной деятельности почвенных микроорганизмов и открывают перспективу для практического применения этого естественного, механизма защиты растений от микробной инвазии.

■ ' ВЫВОДЫ

I. Установлено, что проростки ппенацы в возрасте от ю до 35 суток в проточном режиме культивирования ЛЯЛЬ t5t от суммарного количества фотоассжа.'ировашюго углерода фиксирует в фитомэссе.

а ьы расходуйся в виде растителыщ выделений.

г. Растительные. выделения могут снижать деструкцианную активность микроорганизмов в почве. Впервые показано« что простые органические соединения, входящие в состав корневых выделений, более : эффективно снижают1 гидролитическую активность микроорганизмов по сравнению с ингибиторами ■ - растительного происхождения.

3. Способность к диауксическому росту микромицетов на глюкоза и углеводных полимерах зависит ~ от соотношения концентраций глюкозы и минеральных компонентов. При высоком соотношении концентраций легкодоступного источника углерода и энергии к 'источнику азота ■ наблвдается длительная задержка утилизации целлюлозы или полимеров кореей растений.

4. Впервые показано, что внесение, цШ> в питательную среду, содернащую малыеколичества минерального азота, снимает длительную задержу утилизации макрсшцетами, полимерных субстратов, аналогичный результат вызывает внесение высоких концентраций минеральных солей, 'содержащих и нессдерасащих азот. Это позволяет отнести эффект задержки синтеза ферментов к кругу явлений, объединяемых понятием "катаболитная репрессия".

5. прямыми микроскопическими наблюдениями показано, что в условиях пролонгированной катаболитной репрессии не происходит инвазии фитопатогенного ммкромицета в растительные ткани даже при активном развитии его на поверхности растений.

ь. Экспериментально установлено, что трофическим воздействием путем обработки глюкозой можно обеспечить предохранение от микробного поражения проростков пшеница, а тате плодов томатов.

По материалам диссертации опубликована следующие работы:

1. Голшшш П.Н., Гузев B.C. Роль растительны! эксудатов в защите от микробного лора*ения//Тезисн докл. Всес-, кояф.

Микрооргашимы-стимуляторы и ингибитора роста растений и животных, Ташкент, 1969, т. 1, с. 52.

2. Гузев В.С., Толышин П.Н., Иванов П.И., Звягинцев Д.Г. Роль прижизненных выделений растений в их зашита от микробного поврежденяя//Изв.АН СССР, сер. биологическая, 1Э90, » 1, с. 91-96.

3. Голшш П.Н., Гузев B.C. Роль минеральных солей И ЦШ в утилизации почвенными микроорганизмами полимердах субстратов// Вестн. Моск. ун-та (в печати).

4. Гузев B.C., Голыша П.Н. Трофяческза взаимодействия микроорганизмов с растенияки//В кн.•• Микроорганизма я растения, изд-во ИГУ (в печати).

ГОЛЫШИ ПЕТР НИКОЛАЕВИЧ .

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ РАСТИТЕЛЬНЫХ ЭКСУДАТОВ ВО * *

ВЗАШСДЕЛСТШИ РАСТШИй И ШККЮГОШИаШВ (Агторефера т) ,

Подписано к печати 26.09.91 Оормат 60x90 1/16 1,5 пл. Уч.изд.д. 1,3 Ткрад 100 Заказ 553 ■

Ротадршт УАСІІ (ВТУЗ-SE), 109280, Москва, Автозаводская, 16