Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

Экологическая роль растительных экссудатов во взаимодействии растений и микроорганизмов

ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "Экологическая роль растительных экссудатов во взаимодействии растений и микроорганизмов"

ЖОВСКИИ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И

ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М.В. ЛОМОНОСОВА

Факультет почвоведения

На правах рукописи

ГОЛЫШ Петр Николаевич

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ РАСТИТЕЛЬНЫХ ЭКССУДАТОВ ВО ВЗАИМОДЕЙСТВИИ РАСТЕНИИ И МИКРООРГАНИЗМОВ

Специальность 03.00.07 - микробиология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА - 1991

Работа выполнена на кафедре биологии почв факультета почвоведения Московского Государственного Университета им. И.В.

Ломоносова

Научный руководитель: ведущий научный сотрудник, доктор биологических наук

B.C. Гузвв

Официальные оппоненты: зав. лабораторией ИНШ АН СССР, доктор биологических наук

Н.С. Пашков старший научный сотрудник, кандидат биологических наук

C.А. Зайцев

Ведущее учреждение: Московская сельскохозяйственная

академия им К.А. Тимирязева

Защита состоится - d « октября 1991 г. на заседании специализированного совета в МГУ им. М.В.

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

С диссертацией можно познакомиться в библиотеке факультета почвоведения МГУ.

Автореферат разослан " "_1991

Приглашаем Вас принять участие в обсуждении диссертации на заседании специализированного совета в УГУ им.

U.B. Ломоносова по адресу: Москва, 119899, Ленинские горы, ИГУ, факультет почвоведения.

Ученый секретарь специализированного совета, кандидат

биологических наук, доцент И'П* Бабьева

Актуальность проблемы■ По литературным данным, полученным ранее МНОГИМИ авторами (Sauerbeck, Johnen, 1977; Whipps, Lynch, 1985; Пашков с соавт., 19871, известно, что весьма значительная часть продукции фотосинтеза высших растений попадает во вяенгаю среду в виде растительных выделения. Исчерпывающего объяснения этот феномен пока что не имеет, несмотря на то, что попытки такого рода предпринимались неоднократно (Barber, 1981; Умаров, 198G). Применяемые для защиты сельскохозяйственной продукции пестициды не имеют природных аналогов как по структуре, так и по механизму действия, поэтому в настоящий момент существует острая необходимость познания естественных механизмов защиты растений от микробной инвазии. Это позволит сохранить продукцию растениеводства, избегая нарушения природной среды. -Исследования сотрудников кафедры биологии почв МГУ (Гузев с соавт.» 1986; Вызов с соавт., 1988: Паников, Евдокимова, 1989), посвященные изучении эффекта и пролонгированной катаболитной репрессии и. показали, что, трофическое воздействие мономернкми субстратами значительно снижает микробнув гидролитическую активность в почве. Было сделано предположение о том, что в местах обитания микроорганизмов, связанных с поверхностью корня, где постоянно поддерживается высокая концентрация коно??ерных углеводов, растительные экссудаты в состоянии обеспечить заяэту растительных покровов от ферментов (рггопатогенных микроорганизмов, обеспечивании начальные этапы инвазии (Гузев,

¡989!.

Цель работы. На основании экспериментального исследования оценить экологическое значение экскреции легкоусваквавгяк .'лояомергшх соединений растениями в их взаимодействии с почвеннши

микроорганизмами.

Основные задачи исследования:

1. Изучение количественны! параметров процесса выделения растениями фотоассимилированного органического вещества.

2. Исследование особенностей эффекта пролонгированной катаболитной репрессии.

3. Изучение возможности защиты растений от микробного поражения посредством трофического воздействия даномерным питательным субстратом.

Научная новизна. Впервые экспериментально показано, что растительные выделения снижают деструквдонную активность микроорганизмов в почве, причем легкодоступные органические вещества (углеводы, аминокислоты, органические кислоты) по своему действию оказались эффективнее ингибиторов растительного происхождения. Установлено, что защитное по отношению к покровным тканям растения действие мономерных питательных субстратов сопряжено с определенным уровнем внутриклеточного пула цШ, фитопатогенного микромицета, что подтверждает связь механизма защиты с явлением катаболитной репрессии.

Практическая значимость■ Разработана модификация метода целлофановых мембран, позволяющая оценивать целлюлолитическую активность отдельных культур микроорганизмов и изучать влияние состава питательной среды на их гидролитическую активность.

Основные результаты настоящей работы включены в цикл лекций "Экология почвенных микроорганимов," читаемых на кафедре биологии почв МГУ. Полученные в настоящей работе результаты могут быть использованы для разработки технологии применения трофического способа воздействия для сохранения сельскохозяйственной продукции.

Апробация работы. Материалы диссертации, были доложены на Бсесовзной конференция "Микроорганизмы-стимуляторы и ингибиторы роста растений и животных" (г.Ташкент, 1989 г.) и на заседания кафедры биологии почв факультета почвоведения МГУ.

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в трех статьях и одних тезисах.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав обзора литературы, трех глав результатов, трех глав обсуждения результатов и выводов. Материалы диссертации изложены на страницах машнописного текста, включая 3</* рисунков и ^ таблиц. Список литературы содержит 2. //названий, из них - ¿О на русском языке.

ОБЪЕКТУ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

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

Культивирование микроорганизмов. Микроорганизмы выращивались в периодической культуре на синтетических питательных средах, в которых варьировали содержание аммонийного азога. В качество источника углерода и энергии использовали смеси субстратов: глюкозу я карбокси-кетилцеллвлозу <КМШ мелко- кристаллическую, гликозу и препарат ' корней пшеницы, глюкозу и целлофан.

Культивирование проростков лденицы. После стерилизация семян ШВДЦЦ ПО известной методике (Becker et al., 1985 1 ПрОРОСТКП псгаевала в стеклянные колонки и выращивали на синтетической среде, использовавшейся пря культжяровшш Fusar tum oxysporun НЭ мак. '39

И КМЦ. Инокуляцию Проростков микромицетом Fus.oxysporum ПрОВОДЛЛИ через 35 суток после начала прорадааная семян. Пряже микроскопические исследования за развитием фитопатогенных микроорганизмов на поверхности растений проводили с помощьп

ЭЛеКТрОННОГО ШПфОСКОПа JSU-2 фирмы "Jeol".

Изучение трофического воздействия глюкозы на развитие фитопатогенных МИКРОМИЦеТОВ ' F. solani и Alternarla alternata.

Зеленые плоды томатов нескольких сортов обрабатывали 5£-ннм раствором глюкозы. После этого томаты опрыскивали биомассой микромицета, предварительно отмытой в фосфатном буфере 2-х кратным центрифугированием (5000 Об/мин). В опытах С A. alternata часть плодов, инокулировашш этим »дикромицетом обрабатывали бордоской жидкостью. Для определения целлмолитической активности микроорганизмов в почве использовался метод целлофановых мембран (Гузев с соавт., 1987). Обогащение почвы солями проводили, используя минеральные удобрения (сернокислый аммоний, суперфосфат, хлорид калия!, из расчета 250 кг азота, фосфора и калия на гектар соответственно. Изучение влияния на целлпяолитическув активность почвенных микроорганизмов различных мономерных субстратов (Сахаров, аминокислот, органических кислот!, а такие различных ингибиторов микробной активности (таннина, водного экстракта лукового гомогената, препаратов терпеновых смол! проводили путем помещения водных растворов соответствущюс реагентов на внутреннюю поверхность целлофановых мембран.

Динамику выделения шш ассимиляции углекислоты микроорганизмами и растениями осуществляли на газовом хроматографе ЛХМ-8 1Д с катарометром. Определение белка проводили по Лоури и Бредфорду (Loury et al., 1951; Bradford et al., 19751, аИМЭНИЙЯЫЙ азот определяли с реактивом Несслера (Соколов, 1975), определение

глюкозы проводили с помощью глюкозооксвдазно- пероксидазного метода (Мешкова, Северин, 1979).

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСЩЕНИЕ

I. Влияние растительных выделений на гидролитическую активность почвенных микроорганизмов

В литературе фигурирует довольно различные сведения о масштабах выделения растениями органических веществ во внешнюю среду, которые в значительной степени зависят от условий культивирования. Поэтому на первом этапе изучения роли растительных экскретов во взаимодействии растений и микроорганизмов было необходимо провести исследование о количестве органического вещества, которое экскретируется растением в заданных лабораторных условиях.

Определив среднее содержание углерода в фятомассе (0.45 г углерода/г фитомассы', рассчитывали котчество углерода, ассшшруемого за 1 сутки в процессе фотосинтеза, учитывая линейный характер роста растений: .ч 0.45 =

где - скорость прироста фитомассы за одни сутки; - скорость прироста углерода фитомассы за сутки.

В свои очередь, мозно рассчитать как дз/дя, где дя -

прирост фитомассы за- промежуток времени дтг. Таким способом установили, что ежесуточно в фитомассу одного растения включается 0.68 «я- с-со2 . Опыты показали, что скорость ■ ассимиляции углекислоты после включения света и дыхания после затемнения практически постоянны. Для расчета количества продуктов

экзоосмоса полагали, что общее количество ассимилированного углерода i равно сумме количества углерода, ассимилированного в фатомассе I, углерода, выделившегося при темновом дыхании i«^) и углерода, поступившего во внешнюю среду в виде продуктов экзоосмоса > =

СА = Ян + СС + Яг

Скорость ассимиляции углекислоты на свету и продукции со2 в темноте ПОСТОЯННЫ - Wc и \ =const, поэтому:

W = Vd + Яе + Ял (вддексы L и D обозначают свет и темноту соответственно);отсвда можно рассчитать сколько углерода выделяет одно растение за 1 сутки:

Яе " VL " ' Ян'

По данным расчетов (рис.1), в эксперименте из ассимилируемого растением в процессе фотосинтеза (2.5 мг/сутки) углерода на растительные выделения приходится 1.4 мг, на дыхание-0.4 мг а ассимилируется в фитомассе всего лишь D.7 мг. Таким образом, показано, что в условиях эксперимента проростки пшеницы теряют с выделениями к концу 1 месяца вегетации до 60* углерода и лишь 25* ассимилируется в фитомассе. Данные результаты в целом подтверкдают современные представления о масштабах растительных выделений (Sauerbeck, Johnen, 1977; Vhipps, Lynch, 1985!. Следует также иметь в виду, что. в экспериментах имела место высокая скорость протока питательной среды при культивировании проростков пшеницы. Поскольку большая часть растительных выделений у пшеницы представлена в виде экссудатов, т.е. веществ, зкскретируемых 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 диффузии

мг С-С02/сутки

3

Рис. 1 Суточная ассимиляция углерода углекислоты (VA);

накопление углерода в Фитомассе (vwi-, дыхание (Vc) и экскреция

органического вещества (vEi проростками пшеницы в течение первого месяца вегетации

пшеии (а

-piri! ицмицяшяуац.' л---------------^

^5>вес Ячмень лук-севок огурец кресс-салат лук-порей релис . перец ; горох : салат кочаюг соя

фасоль укроп петруппга кориандр контроль

1Й

о во юо 160 гоо гео зоо зео адо Втечя тазрушенйя поллофана (часы) Гас. 2.Влияние внделе:Ш ¡гсоростков растений на целямолитячс-скуя активность здкроопгпплачов в дерново- подзолистой почве

мономерных органических продуктов фотосинтеза.

Представляется интересным обсудить вопрос: действительно ли растительные выделения способны оказывать какое-либо воздействие на гидролитическую активность микроорганизмов в почве. И, если это так, то какая часть выделений более активна в этом отношении: условно говоря, специфические ингибитор или мономерные органические субстраты, широко представленные в выделениях.

Если на целлофановые мембраны поместить проростки семян различных растений, то можно обнаружить, что выделения различных растений задершваго начало процесса разрушения полимера. Данные, представленные на ¡же.2 демонстрируют способность различных растений задерживать начало разрушения полимера почвенными микроорганизмами. Как ввдно из данного рисунка, в наибольшей степени способность замедлять начало процесса разрушения целлофана проявляют растения семейства злаковых (пшеница, овес, ячмень). Известно, что в экссудатах этих растений содержится большое количество безазотистых соединений (в основном, Сахаров), за счет чего в прикорневой зове соотношение c/N примерно равно 30-35 (Barber, Gunn, 1974 1. ВероЯТЮ, Потребление микроорганизмами данных углеводов и является причиной зад ерики разрушения полимера.

Внесение в почву мономерных питательны! субстратов, представленных в составе растительных экссудатов (сахара, аминокислоты, органические кислоты и их соли) продемонстрировало, что они не оказывают влияния непосредственно на скорость разрушения целлофана. Вместе с тем, время полного разрушения целлофана при внесении в почву мономеров значительно (на 60-250 часов) превышает таковое время в контроле (рис.3). Известно (Абу-Эль Нага с соавт., 1983), что мономерные субстраты

и дисахара

амюгок полоты

органические кислоты и их с эли

контре ль

100

200

300

400 600

Время разрушения (час) Гис.З Влияние различных низкомолекулярных органических ополи-нений на разрушение целлофана в дерново-подзолистой почпо, вносимых в концентрации 1 мг/г почвы

Время разрушения целлофана (час) 10007 ----------

800

800

*оо

200

Концентрация (мг/г почвы)

Рис. 4.Влияние гляжозц (1), ташганя (2). полного якоттакта лука (3) я препаратов терпоновнх смол РТС-1 (4), Р4С-2 <Е>). ГДО-? (Г.), ГФС-4 (7\ па разрушение целлгфана п лерноро-тог,золистой точно

(например, глюкоза), поступающие в почву в небольших количествах (1-2 мг/л), достаточно быстро - в течение 1-2 суток -утилизируются почвенными микроорганизмами. Однако, как видно из рмс.З, разрушение полимерного субстрата вслед за мономером наступает не через 1-2, а лишь через 3-11 суток. Явление, аналогичное наблвдаемому здесь, было названо эффектом "пролонгированной катаболитной репрессии1 (Гузев с соавт., 1986; Вызов с соавт., 1988). По мнению авторов, пролонгированный, т.е. продленный во времени характер перехода к утилизации полимерного субстрата после потребления мономера обусловлен недостаточным количеством минеральных солей в почве.

Динамика разрушения целлофана, обработанного некоторыми ингибиторами растительного происхождения демонстрирует характер действия данных ингибиторов на целлюлолитические микроорганизмы. Происходит снижение скорости процесса разрушения целлофана, выражающееся в уменьшении угла наклона прямых, описыващих динамику процесса деструкции полимера. В отличие от ингибиторов, мономерный субстрат (глюкоза) не вызывает изменения скорости разрушения целлофана, а лишь задерживает 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 (таннина, водного экстракта лукового гомогената и препаратов терпеновых смол (рис.4).

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

показало, что последний может более эффективно предотвращать разрушение полимерного субстрата. При этом действие ингибиторов сводится лишь к замедлению, но не к предотвращению гидролиза полимера.

2. Особенности эффекта пролонгированной катаболитной репрессии микробного синтеза гидролитических ферментов

В ряде работ (Гузев с соавт., 1986; Вызов с соавт., 1968: Паников, Евдокимова, 1989) авторы наблюдали длительную задержу утилизации полимерного субстрата после потребления мономера 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. В качестве модели полимеров растительных тканей использовались целлофан, КЩ и препарат корней пшеницы.

Если варьировать состав агаризованной питательной среды по минеральным компонентам, то оказалось, что величина концентрации глюкозы, вызываиаей пролонгированную кагаболитную репрессию изменяется у микромщета Гиганта зо1ап1(ряс. 5). Этот факт находит объяснение в литературе с точки зрения зависимости развития состояния пролонгированной репрессии синтеза экзогидролаз от величины минерального фона {Вызов с соавт., 1988).

При изучении утилизации полимерного субстрата (КЩ) в присутствии мономера (глпкозы) набллдается похожая картина: шсромщет Ризаг 1шп охугрогип!, растущЗ в периодической культуре, потребляет всю глюкозу к 22 часу культивирования рис. 6.4!. что соответствует моменту перехода его в стационарную •

п

Глюкоза (г/л) 10

1

0.«

0.0)

0.1 « »0 100 .

Минеральная фон среды Чапека (%)

Рис. 5 Влияние минерального фона среды Чапека на величину стагао вой концентрации глюкозы, вызывающей пролонплюванную катаОолитную рещмссш У микромадета КизагЫго го1ап1

фазу роста (ряс. 6Б). Однако потребление второго субстрата (КМЦ1 без сколь-нибудь дательной паузы происходит лишь тогда, когда соотношение а N равно 2.3 и 4.4, в вариантах со стартовыми соотношениями с/м, равными в.з и 13.0 где остаточная концентрация аммония в среде мала и не превышает 15-20 мг/л найлвдалась длительная задерязса утилизации полимерного субстрата. И, наконец, при исходном соотношении с/ы, равном 19.2 не . происходит даже полного потребления глюкозы (рис. 6А>. При культивировании данного микромицета • на другой комбинации субстратов (глюкоза и препарат корней пшеницы) данный полимер также не утилизируется после потребления глшозы, если относительное содеркание минерального азота в питательной среде невелико (¡же. ?). Таким образом, соотнозение концентраций

ыг/д

часы

мг С-С02/нл час 10

Рис.6. Влияние соотношения с/и на потребление глюкози (А), концентрацию белка (Б), скорость дыхания (В) я концентрации аммония (Г). с/а равно: (1)-2,3; (2)-4,4! (4)-13,0; (5>-19,2.Среда С КМЦ

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

При изучении гликозного эффекта in situ удалось установить, что действие глюкозы на микроорганизмы в почве также связано с обеспеченностью элементами минерального питания. Об этом свидетельствуют результаты, представленные на pic. 8. Продолжительность задержки разрушения целлофана, вызываемой действием глюкозы, оказалась зависимой от содержания в почве минеральных солей. Промывка почвы приводит к усилению действия глюкозы, 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 и 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. Верятно, данный факт связан с наличием в почве неких микрозон и локусов с микроорганизмами, которым "не хватило" глюкозы или которые находились в момент внесения в почву глюкозы в покоящемся состоянии.

Одним из возможных объяснений явления длительной задершса утилизации полимерного субстрата монет быть тривиальное лимитирование роста микроорганизмов элементами минерального питания. Результаты, полученные в настоящей работе, позволяют утверждать, что в данном случае происходит утилизация полимерного субстрата даже яри жестком азотном лимитирования. В варианте опыта с исходным соотношением с/н,. равным 13.о, где

мг OCOg/мл час 10°

глюкоза (мг/л) 260

200

1В0

100

часы

Рис.7 Влияние соотношения C/N на дыхание Fusarium охузрогит прИ

Еосте на глюкозе и препарате корней пшеницы. 1- скорость выделения 02 (C/N=2,11; 2 - концентрация ГЛЮКОЗЫ (C/N=2,11; 3 - СКОрОСТЬ

выделения С02 (C/N=35i

200

«ыгая о\ша

контроль

' i

р (250 кг^га) К (250 кг/га)

N (250 кг/га)

! N25ÓP250K;

260 ЗОО

380

250

400

Время (часы)

Рис.а Влияние глюкозы (1 мг/г почвы) на время разрушения целло^яна в дерново-подзолистой почве на (Jone различных минеральных удобрений

мг С-СОо/час мл 105

часы

— 1 -+-а з -е-* -п-в -♦-в

Рис.9 Влияние минеральных солей и цШ> на скорость дыхания мякромяцета Рилапит охузрогит на среде с КМЦ после потребления ГЛЫКОЭЫ. (МН412НР04: (51—1 г/Л, (3)-5 Г/Л; КаС1: (61-1 г/Л, (4)-5 Г/Л;

ЦАМФ : (1) - 0,35 Г/Л, (2) - 0,7 Г/Л .

1 2 3 4 В

Гис. 10 ВЛЙЯЯЯС квшеральшх солей й ЦАМФ на скорость ДИХЗНИЯ Fusarium oxysportira ГЮСЛО удаЛОНИЯ ГЛЮКОЗЫ Я8 Среде С корнями ГШ'ЗНШШ (МН, 1?НР04: S 41-1 Г/Я, (2)-5г/л;МаС1: 1 5Ы Г/Л, (3)-ЙГ/Л; цШ>: (1 )-0,35Г/Л

диауксический рост не наблвдался, после потребления культурой глюкозы добавляли минеральные сола и цШ. Внесение в культуральную жидкость минеральных солей (содержащих и не содержащих азота) в концентрациях 5 г/л привело к реактивации микробных клеток по отношению к КМЦ (ряс. 9). Внесение минеральных солей в концентрациях, близких к их исходам концентрациям в среде и г/л), не вызывает изменения дыхательной активности микромицета. Таким «в образом действует добавление этих веществ в культуральную жидкость микромицета Р. охуэрогип, находящегося в состоянии репрессии синтеза экзоферментов и при другой комбинации субстратов (глюкоза и полимер; растительного корм) (рте. 10). Необходимо отметить, что способность активизировать микробную биомассу проявляет не только азотсодержащая соль, но и ЫаС1 и цАМФ, известный как ключевой интермедиа!, определяющий регуляцию катаболизма смешанных СубСТраТОВ (Надазап1к, №1<ЗЬагсП, 19661. Из. Общей ЭКОЛОГИИ

известно, что в ряде случаев определенный фактор может, действовать не только как оказывающий.лимитирующее влияние, но и как регулирующий. Существуют представления о рвгуляторной роли многих факторов, определяющих направленность и интенсивность тех или иных процессов в биологических системах (Хильш, 19661. В рассматриваемом в данной работе случае минеральные соли могут выступать не только в качестве лимитирующего субстрата но и в качестве посредников определенных процессов в системе регуляции синтеза гидролитических ферментов, то есть более тонком воздействии, чем простое влияние (лимитация). Такое воздействие, по назему мнению, шлет рассматриваться как регуляторяое.

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

Микромщет Ризаг1шп охузрогиа, КОТОрЫМ ИНОКУЛИРОВЗЛИ проростки пшеницы вызывает у этого растения болезнь, называемую " фузариозным увяданием ". Внешне она проявляется в пожелтении и увядании листьев растения. Измеряя некоторые параметры основной функции листьев - фотосинтеза, можно оценить степень пораженности растений возбудителем болезни. В варианте опыта, в котором использовали высокое соотношение с/и стационарная скорсть ассимиляции углекислоты практически не изменялась в течение всего эксперимента. Однако, в другом варианте опыта, где это соотношение было равно 0.8, скорсть поглощения лгстьями со,, снижалась примерно в 4.5 раза (рис.11). 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, различающихся по величине скорости фиксации со,, в 4.5 раза количество интактных растений различается в 5 раз (100 и 2® соответственно). Таким образом, в варианте с низким фоном минерального азота можно говорить о защитном действии мономерного субстрата (глюкозы), который предотвращает поражение проростков пшеницы, инокулированных фитопатогенным кжкроодщетоа охузропш. Электронно-

микроскопические исследования подтвердили вышесказанное. В том случае, когда питательная среда характеризуется относительно высоким содержанием минерального азота, внешние покровные ткани оказываются нарушенными, причем зоны повреждения до своей форм напоминают форму гиф ыикромицета. В вариантах, где относительное

-С/Н-О.В -+-С/Ц.42 (СУТКИ)

Рис.11 Влияние соотношения с/ы на ассимшшшо углекислоты проростками ПНеНИЦЫ после инокулящш микромицетом РизаПиш охузрогига

А В С О

□ | И2

Рис.12 Влияние глюкозы на поражение пшеницы Фитопатогешшм микромицетом Р.охузрогит на различном минеральном фоне питательной Среды: (А) - С / N=2 .2, без ИНОКУЛЯЦИИ; (В) - С/Н = 0. в,! СI -С/N = 42; 1С) - С/ N=2.2. ( 1 )-ЗД0р0ВЫв, (2/-ПОраавШШв рЭСТвНИЯ

Пораженные томаты %

СОРТА:

Рис.13 Влияние обработки 5«-шм раствором глюкозы (с) на поражение ПЛОДОВ томатов микромидетом Fusarium aolani

Пораженные томаты (*) 100

во

во

40

SO

о

Рис. Н Влияние обработки Ь%-ним раствооом глюкозы (G), бордоской жидкостью (Си" »- и водой (Н.^0) на аоражоше анодов тсжатов микрома-

Ц«ТОМ А i ternar Ja altcrnata. (К - КОНТРОЛЬ ÖQ3 ИНОКУЛЯЦИИ)

TL

Си"

содержание минерального азота было ниже ic/N=42), после отмывки мицелия с корней наблюдали неповрездеяную поверхность. Результаты, полученные в данной работе в целом подтверждают предположения Фостера И Ровира (Foater, Rovira, 1974 1 о возможности регуляции гидролитической активности микроорганизмов вблизи корней растений по типу катаболитной репрессии. Однако эффективность этого регуляторного механизма в реальных условиях значительно выше чем у предполагавшегося ранее за счет пролонгированного характера, который тот приобретает при недостатке элементов минерального питания.

Инокуляция микромицетом Fusarium solani ПЛОДОВ ТОМЭТОВ разных сортов приводит к их поражении этим грибом. Плоды томатов, обработанные 5*-ным раствором глюкозы, характеризовались более низким процентом пораженных плодов (рис. 13). Таким образом, с помощью трофического воздействия удалось предотвратить поражение плодов томатов фитопатогенным ггакромицетом.

В данной работе была проведены опыты, в которых сопоставляли защитное действие глюкозы, направленное на защиту покровных полимеров томатов с действием стандартного фунгицида - бордоской ЖИДКОСТИ от ИХ порчи фятопатогешшм микромицетом Alternarla aitemata. Как видно из рис. 14, глюкоза сокращает процепт пораженных плодов до 1С& (в контроле поражено 9$ плодов), а бордоская кздкость - лишь до 40$. Таюхе, как и в случае с изучением Fusarium solani, МНКроЖффОЛОГИЧвСКаЯ КарТКНВ поверхности томата, обработанного глюкозой 'представлена редким мицелием микршацета, развивающегося за счет потребления глисозы, без нарушения поверхностных тканей томата. Та™ образом, используя трофическое воздействие оказалось возмошшн экспериментально предотвратить инвазию фатогштогенкых

мнкромицетов в ткани плодов. Аналогичные результаты с исследованием нефнтопатогешш микроорганизмов были получены ранее в работе B.C. Гузева с сотрудниками (1988). Автор сообщили о результатах, которые они получили при изучении действия глюкозы и токсических препаратов, содержащих медь на почвенные микрооорганизмы, разрушающие целлофан. Токсические вещества, ингибирущие микробную целлюлолитическую активность лишь снижали скорость разрушения полимерного субстрата, но не предотвращали его гидролиза. Трофическое воздействие мономерным субстратом отличается тем, что оно приостанавливает начало этого процесса. Вероятно, и на поверхности плодов томатов все происходит подобным образом: бордоская квдкость лишь замедляет процесс гидролиза поверхности томата, не препятствуя инвазии. В то же время обработка глюкозой предотвращает выделение ферментов фитопагогеннных микроорганизмов, которые обеспечивают последним проникновение во внутренние ткани растения.

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

ВЫВОДЫ

1. Установлено, что проростки пшеницы в возрасте от i о до 35 суток в проточном режиме культивирования лишь S51 от суммарного количества фотоассамилароваяного углерода фиксируют в фатомассе,

а ьы расходуются в виде растительных выделений.

2. Растительные выделения могут снижать деструкционную активность микроорганизмов в почве. Впервые показано, что простыв органические соединения, входящие в состав корневых выделений, более эффективно снижают гидролитическую активность микроорганизмов по сравнению с ингибиторами растительного происхождения.

3. Способность к диауксическому росту микромицетов на глюкозе и углеводных полимерах зависит от соотношения концентраций глюкозы и минеральных компонентов. При высоком соотношении концентраций легкодоступного источника углерода и энергии к источнику азота наблюдается длительная задержка утилизации целлюлозы или полимеров корней растений.

4. Впервые показано, что внесение цШ в питательную среду, содержащую малые -количества минерального азота, снимает длительную задержку утилизации микромицетами полимерных субстратов, аналогичный результат вызывает внесение высоких концентраций минеральных солей, содержащих и несодерзсащих азот. Это позволяет отнести эффект задержки синтеза ферментов к кругу явлений, объединяемых понятием "катаболитная репрессия".

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

ь. Экспериментально установлено, что трофическим воздействием путем обработки гликозой можно обеспечить предохранение от микробного поражения проростков пшеницы, а также плодов томатов.

По материал aw диссертации опубликованы следующие работы:

1. Годышин H.H., Гузев B.C. Роль растительных эксудатов в защите от микробного поражения//Тезлсы докл. Всес. ковф.

Микроорганизмы-стимуляторы и ингибиторы роста растений и животных, Ташкент, 1989, т. 1, с. 52.

2. Гузев B.C., Толышин П.Н., Иванов П.И., Звягинцев Д.Г. Роль прижизненных выделений растений в их защите от микробного говрездешя//Изв.АН СССР, сер. биологическая, 1990, N 1, с. 91-96.

3. Голыиин П.Н., Гузев B.C. Роль минеральных солей и ц&М$ в утилизации почвенными микроорганизма® полимерных субстратов// Весгн. Моск. ун-та (в печати).

4. Гузев B.C., Голыша П.Н. Трофические взаимодействия мшфоорганкзмов с растешши//В га.:Микроорганизмы а растешя, изд-во МГУ (в печата).

ГОЛЫШ ПЕТР НИКОЛАЕВИЧ

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ РОЛЬ РАСТИТЕЛЬНЫХ ЭКСУДАТОВ ВО ВЗЖЮДЕЖЯШИ РАСТЕНИЙ И ШКРСЮ1ТАНИЗдаВ

(Автореферат)

Подписано к печати 26.09.91 Формат 60x90 I/I6 1,5 п.л. Уч.изд.л. 1,3 Тираж 100 Заказ 553

Ротапринт ГЛАСИ (ВТУЗ-ЗИЛ), 109280, Москва, Автозаводская, 16