CC BY
9
УДК 581.19
ВЛИЯНИЕ ПОЛИ-Р-ГИДРОКСИМАСЛЯНОЙ КИСЛОТЫ НА РАЗВИТИЕ ГРИБОВ РОДА FUSARIUM
ПАВЛОВСКАЯ НЕ.,
доктор биологических наук, профессор, заведующий кафедрой биотехнологии, ФГБОУ ВО Орловский ГАУ, ninel.pavlovsckaya@yandex.ru, 89606517739.
КОСТРОМИЧЕВА Е.В.,
кандидат биологических наук, доцент кафедры биотехнологии, ФГБОУ ВО Орловский ГАУ, ek.kostromicheva-orel@yandex.ru, 89092280139.
ЯКОВЛЕВ А.В.,
аспирант, ФГБОУ ВО Орловский ГАУ, yakovlev op@mail.ru, 89192075632.
Реферат. В статье проведено исследование действия поли-Р-гидроксимасляной кислоты на развитие грибов рода Fusarium, а также на их культуральные свойства в лабораторных условиях. В качестве питательной среды была использована среда Чапека. Показано фунгистатическое действие поли-Р-гидроксимасляной кислоты в отношении фузариевых грибов. Отмечено снижение образования микроконидий гриба, задержка роста и радиальной скорости роста при культивировании на твердой питательной среде. Диаметр колонии гриба уменьшается в 1,061,11 раза в сравнение с контролем не обработанным поли-Р-гидроксимасляной кислотой. Наблюдается изменение характера роста мицелия при обработки данной кислотой: расстояние между гифами фузариевого гриба увеличивается от центра к периферии. На периферии мицелий менее плотный. Наличие в питательной среде поли-Р-гидроксимасляной кислоты при глубинном культивировании гриба рода Fusarium задерживает процесс начала спорообразования в среднем 1,3 раза, а также снижает количество конидий. В ходе проведения работы изучали активность фермента каталазы в клетках растений гороха под влиянием поли-бета-гидроксимасляной кислоты на здоровом и инфицированном фузариозом фоне. Показатели ка-талазы анализировали в корнях и проростках гороха. Показано, что активности каталазы в проростках гороха под действием поли-Р-гидроксимасляной кислоты увеличивается в среднем 2,3 раза, а на фоне фузариозного заражения в 5,2 раза. В корнях исследуемых растений также отмечен интенсивный синтез каталазы при обработки, данной кислотой. Активности каталазы в корнях гороха под действием поли-Р-гидроксимасляной кислоты увеличивается в среднем 1,8 раза по сравнению с контролемна здоровом фоне, а на фоне фузариозного заражения в 4,5 раза.
Ключевые слова: поли-Р-гидроксимасляная кислота, фузариевые грибы, горох, каталаза, споруляция.
INFLUENCE OF POLY-BETA-HYDROXYBUTARY ACID ON THE DEVELOPMENT OF FUNGI OF THE GENUS FUSARIUM
PAVLOVSKAYA N.E.,
Doctor of Biological Sciences, Professor, Head of the Department of Biotechnology, Oryol State Agrarian University, ninel.pavlovsckaya@yandex.ru, 89606517739.
KOSTROMICHEVA E.V.,
Candidate of Biological Sciences, Associate Professor of the Department of Biotechnology, Oryol State Agrarian University, ek.kostromicheva-orel@yandex.ru, 89092280139.
YAKOVLEV A.V.,
PhD student, FGBOU VO Orel State Agrarian University, yakovlev_op@mail.ru, 89192075632.
Essay. The article studies the effect of poly-3-hydroxybutyric acid on the development of fungi of the genus Fusarium, as well as on their cultural properties in the laboratory. Czapek's medium was used as a
nutrient medium. The fungistatic effect of poly-B-hydroxybutyric acid on Fusarium fungi was shown. A decrease in the formation of microconidia of the fungus, growth retardation and radial growth rate were noted during cultivation on a solid nutrient medium. The diameter of the fungus colony decreases by 1.06-1.11 times in comparison with the control not treated with poly-B-hydroxybutyric acid. There is a change in the nature of mycelium growth when treated with this acid: the distance between the hyphae of the Fusarium fungus increases from the center to the periphery. On the periphery, the mycelium is less dense. The presence of poly-B-hydroxybutyric acid in the nutrient medium during deep cultivation of the fungus of the genus Fusarium delays the onset of sporulation by an average of 1.3 times, and also reduces the number of conidia. In the course of the work, we studied the activity of the catalase enzyme in pea plant cells under the influence of poly-beta-hydroxybutyric acid on a healthy and Fusarium-infected background. Catalase parameters were analyzed in pea roots and seedlings. It has been shown that catalase activity in pea seedlings under the influence of poly-B-hydroxybutyric acid increases on average 2.3 times, and 5.2 times against the background of Fusarium infection. In the roots of the studied plants, an intensive synthesis of catalase was also noted during treatment with this acid. Catalase activity in pea roots under the influence of poly-B-hydroxybutyric acid increases on average 1.8 times compared with the control on a healthy background, and 4.5 times against the background of Fusarium infection.
Введение. Широкое распространение грибов рода Fusarium приводит к многочисленным заболеваниям сельскохозяйственных растений. Патогенные свойства варьируют в зависимости от степени естественного полиморфизма, и вида растения. Присутствие внутривидового полиморфизма фузариевых грибов с одной стороны и особенности почвенно-климатических условий региона с другой стороны, содействуют отбору экологически пластичных и высоко патогенных популяций, что, в свою очередь, должно предопределять направленность профилактических и защитных мероприятий^. - C.71 Фитотоксичность патогенов проявлялась в снижении лабораторной всхожести семян, а также в ингибировании развития ростков сельскохозяйственных культур Г2. - C.71]. Для борьбы с фитопатогенами используют в основном химические пестициды, которые накапливаются в экосистемах, загрязняя окружающую среду и аккумулируясь в остаточных количествах в продуктах питания. Использование биопрепаратов может снизить химическую нагрузку и способствовать экологизации сельского хозяйства Г31. Стратегии фи-тосанитарной оптимизации процессов выращивания экологически чистых сельскохозяйственных растений направлены на внедрение современных методов ограничения численности фитопатогенов без увеличения химической нагрузки на экосистему. Фитосанитарные мероприятия, основанные на процессах регуляции структурно-функциональной организации микробоценозов включают, в том числе, и использование биопрепаратов на основе естественных метаболитов микроорганизмов. Био-
препараты способны минимизировать потенциальный экологический вред и гарантировать действенную защиту растений [4. - С 28].
Одним из перспективных, в качестве компонента биопрепаратов, веществ микробного происхождения является поли-в-гидрокси-масляная кислота (ПМК). Данное вещество обладает иммуномодулирующими и противо-микробными свойствами. В связи с этим исследования действия данного вещества на развитие патогенных фузариевых грибов является перспективным и актуальным. Преимущество биопрепаратов заключается в высокой эффективности при грамотном применении, безопасности для полезных насекомых, избирательности действия, возможности использования во время цветения и плодоношения.
В программе научно-технологического развития России одной из приоритетных задач является разработка инновационных биологических средств защиты растений и повышение продуктивности сельскохозяйственных растений. Разработка технологии культивирования штаммов-продуцентов и создание новых форм биопрепаратов для земледелия позволит повысить конкурентоспособность товарной продукции на рынке биопродуктов, повысит устойчивость использования природных ресурсов и будет способствовать расширению площади посевов сельскохозяйственных культур на основе органического земледелия. Одним из перспективных, в качестве компонента биопрепаратов, веществ микробного происхождения является поли-в-гидроксимасляная кислота. Данное вещество обладает иммуномодулирующи-ми и противомикробными свойствами.
г 10
О -I----1----1---
2 сутки 5 сутки 10сутки
П Контроль - Fusarium
□ Fusariums ПМК обработка на 1 сутки культи вир оеэния ■ FusariuiTH-nMK обработка на 4 сутки культивирования
Рисунок 1 - Диаметр колоний грибов рода Fusarium
Цель исследования - изучить влияние по-ли^-гидроксимасляной кислоты на развитие грибов рода Fusarium и активность каталазы в проростках гороха в условиях фузариозного заражения.
Материал и методика исследования. В
качестве объектов исследования были использованы грибы рода Fusarium, горох сорта «Фараон», поли^-гидроксимасляная кислота.
Культивирование грибов рода Fusarium проводили на среде Чапека. Для определения роста колоний производили измерение диаметров в двух взаимоперпендикулярных направлениях. Инкубировали при температуре 28 0C. Семена гороха заражали возбудителями фузариоза Fusarium oxysporum в лабораторных условиях во влажной камере in vitro. В качестве инокулюма использовали суспензию спор Fusarium oxysporum в концентрации 5*103 спор на мл. Споруляцию определяли путем подсчета конидий в камере Горяева. Активность каталазы измеряли титрометриче-ским методом на основе определении количества пероксида водорода, расщепленного в процессе инкубации с ферментом.
Основная часть. В ходе выполнения работы проводили исследование влияния поли-ß-гидроксимасляной кислоты на рост фуза-риевых грибов на твердой питательной среде Чапека. Обработку полигидроксимасляной кислотой проводили на 1 и 4 сутки культивирования. Результаты опытов представлены на рисунке 1.
На рисунке 1 представлен диаметр колоний грибов Fusarium. В варианте с обработкой ПМК на 1 сутки наблюдалось снижение роста мицелия в 8,8 - 9 раз в сравнение с контролем. В образце обработанной ПМК на четвертые сутки культивирования отмечен значительный рост до пяти суток и снижение на шестые -десятые. Разница с контролем составила 0,5 см. В контрольном образце мицелий развивался активно в течении всех десяти суток. В среднем диаметр колонии контрольных образцов пятый день роста варьирует от 0,8 мм до 1,1 см, на десятый день от 8,1 до 8,2 см.
Интегральным показателем роста культуры гриба, отражающим его реакцию на изменения условий среды является радиальная скорость роста культуры. Определение радиальной скорости роста грибов проводили на питательных средах на вторые и пятые сутки (таблицы 1, 2).
Таблица 1 - Радиальная скорость роста колонии гриба рода Fusarium spp. на 2 сутки куль-
тивирования
Варианты опыта Радиальная скорость роста колонии Fusarium spp
Контроль - Fusarium spp 0,6
Fusarium spp + ПМК. обработка на 4 сутки культивирования 0,4
Fusarium spp + ПМК. обработка на 1 сутки культивирования 0,5
Из таблицы 1 видно, что наибольшая радиальная скорость роста наблюдалась в контрольном образце. Наблюдалась снижение радиальной скорости роста под действием полигидро-ксимасляной кислоты. В образце с добавлением ПМК на первые сутки культивирования радиальная скорость была минимальной - 0,4.
В таблице 2 представлена радиальная скорость роста колонии гриба рода Fusarium на 5 сутки культивирования. Для контрольного образца он составил 1, в варианте Fusarium + ПМК на 4 сутки обработки 1,54, на 1 сутки обработки 1,54.
Результаты воздействия ПМК на процесс спорообразования грибов рода Fusarium представлены в таблицы 3.
Начало процесса спорообразования грибов рода Fusarium в контрольном образце отмечен на 6 сутки, как и в образце с обработкой ПМК на 4 сутки. На 8 сутки было замечено спороно-шение у образца обработанного ПМК в начале культивирования. В данном варианте наблюдалась и минимальная споруляция - 6,7-7.2 кон./мл^Ш3' Количество спор подсчитывали на 8 сутки методом микроскопии.
В ходе эксперимента проводили сравнительное изучение каталазной активности в клетках проростков гороха под действием поли-ß-гидроксимасляной кислоты на фоне фузариоз-ного заражения в проростах и корнях гороха в течение 12 суток.
Каталаза локализована преимущественно в пероксисомах и глиокисомах, специфическая изоформа обнаружена также в митохондриях, активность ее обнаружена и в хлоропластах растений, т.е. там, где происходят процессы клеточного дыхания с участием флавиновых дегидрогеназ, в результате деятельности которых образуется токсичная для клетки перекись водорода. Каталаза выполняет важную роль, разлагая токсичную для клеток перекись водорода [5. - С. 443].
На рисунке 2 показа динамика активности фермента каталазы в проростках гороха сорта «Фараон» под действием поли-в-гидроксимасляной кислотой, на здоровом и зараженном фузариозом фоне. Активность фермента измеряли на 3-и, 5-е, и 12-е сутки эксперимента. Показатели каталазы в контрольном образце постепенно увеличивались от 1,2 до 17 единиц активности. В вариантах на зараженном фузариозом фоне и в здоровых обработанных полигидроксимасляной кислотой образцах также наблюдалась тенденция к увеличению активности данного фермента в течении 12 суток. Каталазная активность при заражении фузарие-выми грибами увеличивалась по сравнению с контролем в среднем в 4 раза; в неинфициро-ванных образцах при обработке ПМК в 5 раз. Обработка полигидроксимасляной кислотой привеа к резкому увеличения фермента катала-зы на 3 сутки (137 Е/г). Далее наблюдалась дальнейшее снижение активности в течении эксперимента до значений 17-18 Е/г.
Похожая тенденция динамики активности каталазы наблюдалась в корнях гороха зараженных фузариозом при обработки поли-в-гидроксимасляной кислотой (рисунок 3).
Синтез каталазы в корнях постепенно увеличивается в контрольных и обработанных ПМК образцах. Обработка ПМК зараженных растений приводит к резкому увеличения активности и спаду к 12 суткам исследования. В растениях зараженных фузариозом каталазная активность в корнях снижается с 26 Е/г до 2 Е/г в течение 12 суток эксперимента.
Таблица 3 - Действие поли^-гидроксимасляной кислоты на процесс спорообразования у грибов рода Fusarium___
Образец Начало спорообразования, сутки Споруляция, кон./мл^Ш3 на 8 день культивирования
Контроль - Fusarium 6 7,8-8,2
Fusarium+ПМК 8 6,7-7,2
Fusarium+ПМК на 4 су-
тки обработки 6 7,6-8,1
Таблица 2 - Радиальная скорость роста колонии гриба рода Fusarium spp. на 5 сутки культивирования__
Варианты опыта Радиальная скорость роста колонии Fusarium spp
Контроль - Fusarium spp 1
Fusarium spp + ПМК. обработка на 4 сутки культивирования 1,4
Fusarium spp + ПМК. обработка на 1 сутки культивирования 1,54
Рисунок 2 - Активности каталазы в проростках гороха сорта «Фараон» под действием поли-в-гидроксимасляной кислотой, на здоровом и зараженном фузариозом фоне
Рисунок 3 - Активности каталазы в корнях гороха сорта «Фараон» под действием поли-в-гидроксимасляной кислотой, на здоровом и зараженном фузариозом фоне
Результаты исследования и выводы. Установлено, что поли^-гидроксимасляная кислота оказывает влияние на процесс образование микроконидий в процессе культивирования гриба Fusarium на твердой среде Чапека. Под действием ПМК количество микроконидий снижается по сравнению с контролем, а также перегородка микроконидий не образуется. В ходе проведения эксперимента отмечено, что под действием поли-ß- -гидроксимасляной кислоты развития гриба рода Fusarium замедляется и изменяется характер роста мицелия. Диаметр колонии гриба уменьшается в 1,06-1,11 раза в сравнение с контролем не обработанным ПМК. Под действием поли^-гидроксимасляной кислоты
расстояние между гифами фузариевого гриба увеличивается от центра к периферии. На периферии мицелий менее плотный. Наличие в питательной среде поли^-гидроксимасляной кислоты при глубинном культивировании гриба рода Fusarium задерживает процесс начала спорообразования в среднем 1,3 раза, а также снижает количество конидий.
Отмечено, что активности каталазы в проростках гороха сорта «Фараон» под действием поли^-гидроксимасляной кислоты увеличивается в среднем 2,3 раза, а на фоне фузариоз-ного заражения в 5,2 раза. В корнях исследуемых растений также отмечен интенсивный синтез каталазы при обработки данной кислотой.
Список использованных источников
1. Литовка Ю.А. Эколого-биологические особенности и биоконтроль грибов рода Fusarium, распространенных в наземных экосистемах средней Сибири: 03.02.08. - Экология (биология): дисс. на соиск. уч. степ. док. Биол. наук. - Красноярск, 2018. - 497 с.
2. Matsishina N.V., Borovaya S. A. Fusarium blight of common buckwheat in primorsky krai // Vegetable crops of Russia. - 2022. - № 2. - С. 65-71.
3. Биологическая защита растений / М.В. Штерншис, Ф.С.-У. Джалилов, И.В. Андреева, О.Г. Томилова / Под ред. М.В. Штерншис. - М.: Колос, 2004. - 264 с.
4. Иващенко В.Г. К вопросу о фитосанитарной стабилизации агроэкосистем // Вестник защиты растений. - 2008. - №3. - С. 27-31.
5. Меньшикова Е.Б., Зенков Н.К. Антиоксиданты и ингибиторы радикальных окислительных процессов // Успехи современной биологии. - 1993. - Т. 113. - № 4. - С. 442-455.
Spisok ispoFzovanny'x istochnikov
1. Litovka Yu.A. E'kologo-biologicheskie osobennosti i biokontrol' gribov roda Fusarium, rasprostranenny'x v nazemny'x e'kosistemax srednej Sibiri: 03.02.08. - E'kologiya (biologiya): diss. na soisk. uch. step. dok. Biol. nauk. - Krasnoyarsk, 2018. - 497 s.
2. Matsishina N.V., Borovaya S. A. Fusarium blight of common buckwheat in primorsky krai // Vegetable crops of Russia. - 2022. - № 2. - S. 65-71.
3. Biologicheskaya zashhita rastenij / M.V. Shternshis, F.S.-U. Dzhalilov, I.V. Andreeva, O.G. Tomilova / Pod red. M.V. Shternshis. - M.: Kolos, 2004. - 264 s.
4. Ivashhenko V.G. K voprosu o fitosanitarnoj stabilizacii agroe'kosistem // Vestnik zashity' rastenij. - 2008. - №3. - S. 27-31.
5. Men'shikova E.B., Zenkov N.K. Antioksidanty' i ingibitory' radikal'ny'x okislitel'ny'x processov // Uspexi sovremennoj biologii. - 1993. - T. 113. - № 4. - S. 442-455.
