CC BY
17
УДК 58.071
Журавлёва А.С., Шагаев А. А., Дмитриева Е.Н., Белов А. А., Марквичёв Н.С
ИЗУЧЕНИЕ КОЛОНИЗАЦИИ КОРНЕВОЙ СИСТЕМЫ ОГУРЦА ГРИБОМ TRICHODERMA VIRIDE
Журавлёва Александра Сергеевна, студент 2-го курса факультета биотехнологии и промышленной экологии, email: [email protected];
Шагаев Антон Александрович, магистрант 2-го курса факультета биотехнологии и промышленной экологии;
Дмитриева Евгения Николаевна, заведующая лабораторией кафедры биотехнологии;
Белов Алексей Алексеевич, д.х.н., доцент кафедры биотехнологии;
Марквичёв Николай Семёнович, к.т.н., доцент кафедры биотехнологии;
Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва, Россия
125480, Москва, ул. Героев Панфиловцев, д. 20.
В данной работе была исследована колонизация корней огурца агентом биологического контроля Trichoderma viride, а также изучено развитие этого гриба на поверхности коневой системы в течение периода вегетации.
Ключевые слова: корневая система; колонизация; агент биологического контроля.
THE STUDY OF THE COLONIZATION OF THE ROOT SYSTEM OF CUCUMBER WITH THE FUNGUS TRICHODERMA VIRIDE
Zhuravleva A.S.*, Shagaev A.A., Dmitrieva E.N., Belov A.A., Markvichev N.S.
D.I. Mendeleev University of Chemical Technology of Russia, Moscow, Russia. *e-mail: [email protected].
In this work, the colonization of cucumber roots by the biological control agent Trichoderma viride was studied, as well as the development of this fungus on the surface of the horse system during the growing season. Key words: root system; colonization; agent of biological control.
Одним из главных вопросов сельского хозяйства является защита растений от патогенных микроорганизмов, в частности, от корневых гнилей. Любое растение в ходе своей жизнедеятельности метаболизирует в окружающую среду так называемые экссудаты - комплекс органических веществ, состав которого определяет разнообразие микроорганизмов в ризосфере. Такие вещества, во-первых, являются питанием для микробиоты, что было доказано проведённым in vitro экспериментом [1], во-вторых, служат защитной реакцией растения против патогенов. Нередко растительные метаболиты или даже их концентрация влияет на характер взаимоотношений растения-хозяина и прикорневых микроорганизмов, будь то симбиоз или паразитизм [2]. Вследствие резкого изменения различных абиотических факторов или наступления условий стресса у выращиваемой культуры возможно замедление или прекращение экссудации. Фитопатогенные микроорганизмы, на которые прекращают действовать различного рода фитоалексины, входящие в состав экссудатов, соответственно, получают доступ к поверхности корня. В случае корневых гнилей микроорганизмы выделяют набор литических ферментов, разрушающих растительную клеточную стенку, проникают в ткани, а затем в сосудистую систему. Так как рассматриваемые нами патогены являются факультативными паразитами (сапротрофами), то они очень агрессивны по отношению к хозяину [3], из-за этого развитие болезни или даже гибель происходят быстро. А в случае выращивания в теплицах, где осуществляется капельный полив и
круговорот использованной воды, происходит быстрое распространение инфекции.
Изначально с фитопатогенными
микроорганизмами начали бороться химическими методами. Такие способы защиты имеют ряд недостатков, одним из которых является развитие резистентности вредоносных штаммов к часто используемым препаратам [4]. Кроме того, используемые химикаты накапливаются в плодах культурных растений. Другим решением стал биологический контроль развития паразитов. У фитопатогенов не вырабатывается резистентность по отношению к биологическим препаратам защиты растений, как это происходит в случае с использованием химических препаратов. Это более экологично и со стороны биоразнообразия, ведь в этом случае ризосферные микроорганизмы не уничтожаются полностью, а лишь контролируется их содержание в ризосфере, и со стороны отсутствия загрязнений почвы чужеродными химическими веществами. Одним из таких агентов биологической защиты является гриб Trichoderma viride, который не только паразитирует на фитопатогенных грибах (Fusarium spp., Pitium spp.), конкурирует за субстрат и выделяет вещества фунгицидного свойства, литические ферменты, но и служит ростстимулирующим агентом, а также повышает уровень устойчивости растения к абиотическим факторам [5].
Данная работа посвящена анализу результатов по колонизации корневой системы огурца на ранних стадиях его развития микроорганизмом Trichoderma viride. В работе
использовали семена огурца сорта Атлет гибрида F1 компании Гавриш, в качестве объектов исследования был использован штамм Trichoderma viride F2001, взятый из коллекции РХТУ им. Д. И. Менделеева, кафедра биотехнологии.
Эксперимент проводился в изначально стерильных условиях. Для этого использовалась приготовленная суспензия конидий Trichoderma viride концентрации 106 кое/мл. В неё опускались семена огурца, выдерживались на протяжении 15 минут и высаживались в установку в стерильных условиях. Семена огурца были заранее простерилизованы в 70% спирте и промыты в стерильной воде. В эксперименте использовалась модифицированная установка, ранее разработанная в соответствии с методикой [6]. Для этого были использованы три колонки с фильтрами Шотта, заполненные 50 мл агроперлита, диаметр частиц которого в среднем составлял 2-2,5 мм. Каждый реактор был накрыт ватно-марлевой пробкой, и к каждому из них подводился минеральный раствор Хогланда [7] к корневой зоне выращиваемых в них огурцов. Лишняя жидкость с реакторов сливалась в колбы. Описанная выше установка была простерилизована в автоклаве при 1 ати на протяжении часа. После того, как обработанные семена были посажены в стерильные реакторы с агроперлитом на глубину 1 см, запускался непрерывный контролируемый капельный полив с определённой скоростью (2,7 мл/ч), огурцы выращивались при температуре 25°С. Таким образом условия выращивания максимально похожи на тепличные. После того, как семена взошли, через разные промежутки времени из каждого реактора извлекались растения, и в стерильных условиях помещались на агаризованную среду Чапека. Чашки помещались в термостат, где инкубировались при температуре 28°С до образования видимых колоний. Таким же методом была проанализирована совместная колонизация корневой системы огурца грибом Trichoderma viride и бактерией Pseudomonas fluorescens, так как последняя также является агентом биологической защиты растения, обладая фунгицидными и выраженными
ростстимулирующими свойствами. Отличие состояло в том, что семена обрабатывались рабочей культуральной жидкостью, которая готовилась смешением чистых культуральных жидкостей гриба и бактерии, титр которых составлял 106 кое/мл. В результате выращиваемые по описанной выше методике огурцы с Trichoderma viride были извлечены из системы на 5 и 10 сутки, соответственно, были проанализирован процесс колонизации корневых систем грибом. Что следует отметить, развитие корней происходило так же, как и у растений, не обработанных агентом биологического контроля, то есть ингибирования не наблюдалось. Как видно на представленных ниже фотографиях, после термостатирования
микроорганизм развивался либо только у поверхности, либо концентрируясь у поверхности, в зоне коневой шейки, прорастая в меньшей степени
по всей длине корня. Кроме того, следует отметить, что на стебле Trichoderma viride не развивается. Анализ эксперимента с семенами огурца, обработанными Trichoderma viride и Pseudomonas fluorescens показывает, что данные два организма развиваются в корневой системе по-разному: гриб, как и в первом опыте, колонизирует корневую шейку растения, в то время как бактерия развивается по всему корню, причём роста ни одного из этих микроорганизмов не наблюдалось на стебле.
б)
в)
Рис. 1. Колонизация Trichoderma viride корневой системы: а) 5 сутки, б)10 сутки, в) совместно с Pseudomonas fluorescens
Основываясь на описанных выше результатах, можно сделать несколько выводов. Во-первых, возможно изучение колонизации Trichoderma viride корневой системы огурца по описанной методике в стерильных условиях. Во-вторых, было доказано, что Trichoderma viride, являясь аэробом, аккумулируется в области корневой шейки растения, при этом имея возможность контактировать с воздухом. Соответственно, предполагается, что, покрывая верхние слои почвы, Trichoderma viride может препятствовать попаданию фитопагенных организмов вглубь и колонизации их корневой системы. Результаты второго эксперимента указывают на то, что Trichoderma viride и Pseudomonas fluorescens колонизируют ризосферу огурца, не влияя друг на друга или влияя незначительно. Следовательно, возможно совместное применение исследуемых штаммов с целью защиты растений от корневых гнилей: Trichoderma viride будет защищать корневую систему в верхних слоях почвы, а Pseudomonas fluorescens - в более глубоких слоях, в зависимости от роста корня. Отсутствие и Trichoderma viride, и Pseudomonas fluorescens на стебле огурца указывает на возможное выделение растением фитоалексинов, препятствующих развитию гриба и бактерии, а
также выделением экссудатов только корневой системой.
Список литературы
1. Шагаев А.А., Соколова В.В., Самородова А.А., Балабанова Т.В., Дмитриева Е.Н., Марквичёв Н.С. Исследование роста Trichoderma viride и Fusarium oxysporum на твёрдых микробиологических средах, содержащих экссудаты растений огурца//Успехи в химии и химической технологии. - 2016. - Т. 30. -№. 9. - С. 39-41.
2. Xing-Feng Huang, Jacqueline M. Chaparro, Kenneth E. Reardon, Ruifu Zhang, Qirong Shen, Jorge M. Vivanco rhizosphereinteractions: root exudates, microbes, and microbial communities// NRC Research Press. - 2014. - C. 267 - 275.
3. Желдакова Р.А., Мямин В.Е. Фитопатогенные микроорганизмы: Учебно-методический комплекс. -2006. - 116 с.
4. Буланов А.Г., Титова Д.Г., Дмитриева Е.Н., Горюнова О.Б., Марквичёв Н.С. Исследование дейтсвия фунгицидного препарата «Максим» на фитопатогенный микроорганизм Fusarium oxysporum//Успехи в химии и химической технологии. - 2014. - Т. 28. - №. 4. - С. 129-134.
5. Rojan P. John, R.D. Tyagi, D. Prévost, Satinder K. Brar, Stéphan Pouleur, R.Y. Surampalli Mycoparasitic Trichoderma viride as a biocontrol agent against Fusarium oxysporum f. sp. adzuki and Pythium arrhenomanes and as a growth promoter of soybean//Crop Protection. - 2010. - №. 29. - C. 1452 -1459.
6. Шагаев А. А. и др. Поверхностное культивирование грибов рода Fusarium и Trichoderma при непрерывном подводе компонентов питания //Бутлеровские сообщения. - 2017. - Т. 50. -№. 5. - С. 65-72.
7. Hoagland D. R. et al. The water-culture method for growing plants without soil //Circular. California agricultural experiment station. - 1950. - Т. 347. - 2nd edit.
