Изучение микробного потенциала фитосферы растений для использования в сельскохозяйственной биотехнологии

• Автор: Широких, Александр Анатольевич
• Шифр специальности: 03.00.07
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 269 с. : ил.

Глава 1. Теоретические основы направленного регулирования растительно-микробных взаимодействий
1.1 Современные представления о коэволюции растений и микроорганизмов фитосферы
1.2 Типы взаимодействия растений и микроорганизмов
1.3 Использование микробно-растительных симбиозов в растениеводстве, защите растений, охране окружающей среды
1.4 Методические подходы к изучению микроорганизмов прикорневой зоны растений
экспериментальная часть
Глава 2. Объекты и методы исследования
2.1 Характеристика растительных объектов исследования и условия их выращивания
2.2 Отбор и подготовка образцов для исследования
2.3 Основные методы и условия проведения исследований
2.4 Модельные эксперименты
Глава 3. Растения как центры формирования микробных сообществ на выработанных торфяниках
3.1 Общая характеристика микрофлоры выработанных торфяников
3.2 Топография микроорганизмов в биогеоценозах на выработанных торфяниках
3.3 Особенности бактериальных комплексов, ассоциированных с растениями на выработанных торфяниках
Глава 4. Закономерности организации и функционирования микробных комплексов в ризосфере генотипически различных растений на дерново-подзолистой почве
4.1 Изменение численности и биомассы микроорганизмов прикорневой зоны ячменя на в онтогенезе растений
4.2 Сортовые особенности формирования микробных комплексов в ризосфере ячменя
4.3 Сортовая специфичность заселения корней микроорганизмами при искусственной инокуляции

Глава 5. Межорганизменные взаимодействия в ризосфере клевера лугового
5.1 Кислото- и алюмоустойчивые ризобии в ризосфере клевера лугового
5.2 Комплексы актиномицетов в ризосфере клевера лугового
5.3 Влияние мицелиальных прокариот на симбиотические отношения клевера лугового с клубеньковыми бактериями
Глава б. Эпифитные и эндофитные бактериальные комплексы
6.1 Особенности организации эпифитных комплексов семян зерновых злаков
6.2 Выделение и изучение свойств эндофитных бактерий
6.3 Распространение метилотрофных бактерий на поверхности и в тканях растений
6.4 Изучение антагонистических свойств метилотрофных бактерий
6.5 Влияние на микроорганизмы фитосферы растительных терпеноидов
Глава 7. Потенциал использования микробно-растительных взаимодействий в фитобиотехнологии и растениеводстве
7.1 Поиск и выявление высокоэффективных форм микроорганизмов с полифункциональными свойствами в природных субстратах
7.1.1 Результаты скрининга бактерий, активно колонизирующих корни озимой ржи, в торфяных почвах
7.1.2 Микосимбионтные бактерии как стимуляторы роста растений
7.2 Эффекты воздействия метилотрофных бактерий на рост растений
in vitro
7.3 Изучение адаптивного потенциала ризобактерий ячменя на дерново-подзолистой почве
7.4 Антагонистическая активность актиномицетов из ризосферы различных видов и сортов сельскохозяйственных культур
Заключение
Выводы
Литература
Приложения

Актуальность проблемы. Повышение жизнестойкости и выносливости растений за счёт использования естественных помощников - почвенных и ри-зосферных микроорганизмов - одно из перспективных направлений управления продуктивностью сельскохозяйственных культур (Тихонович и др., 2005; Кравченко и др., 2002). Ассоциированные с растениями микроорганизмы играют важную роль в их развитии, участвуя в снабжении растений элементами питания, фитогормонами, витаминами и другими факторами роста. Многие из ассоциативных микроорганизмов продуцируют соединения, ингибирующие патогенную микрофлору (токсины, антибиотики, сидерофоры), а также способствуют появлению у растений-партнёров так называемой индуцированной устойчивости, помогающей в защите от фитопатогенов (СаПе1ап е! а1., 1999).
Стратегия использования микроорганизмов в повышении продуктивности и устойчивости растений к заболеваниям осуществляется в настоящее время по двум главным направлениям - экстенсивному и интенсивному. Экстенсивные методы основаны на стимулировании или ингибировании деятельности аборигенных микроорганизмов, оказывающих на растения соответственно положительное или негативное воздействие в местах их природного существования.
Интенсивные методы основаны на интродукции высокоэффективных форм микроорганизмов с полифункциональными свойствами во внешнюю среду в виде суспензии свободных или иммобилизованных на специальных носителях клеток. Концептуальным направлением развития интенсивных микробных технологий в сельском хозяйстве является поиск новых микроорганизмов и создание оригинальных технологических процессов для получения новых биопрепаратов, биоудобрений различного сельскохозяйственного назначения и конструирования высокоэффективных микробно-растительных систем.
Изучение комплексов микроорганизмов в фитосфере сельскохозяй-

опухолях, индуцируемых агробактериями, и идентифицированных как лизопин, октопиновая кислота и нопалин. Первый значимый результат в этом направлении был получен при сравнении двух изогенных штаммов Pseudomonas putida, один из которых являлся природным потребителем маннопина, а второй - его инсерционным мутантом, неспособным к деградации опина. В ризосфере трансгенных растений, синтезирующих маннопин, природный штамм обладал селективным преимуществом (Lam, Gafney, 1993). В сходном опыте показано, что агропин-утилизирующий штамм Pseudomonas fluorescens обладал селективным преимуществом при сравнении со штаммом, неспособным к деградации агропина, при заражении ризосферы трансформированных растений табака, синтезирующих агропин. Придание P. syringae способности к деградации опинов повышало активность колонизации листьев трансгенного табака, синтезирующего опины (Wilson et al., 1995). В условиях, близких к полевым, показано, что рост маннопин-утилизирующих бактерий значительно усиливается в ризосфере маннопин-синтезирующего генотипа Lotus corniculatus (Oger et al., 1997).
Таким образом, синтез растениями опинов способствует росту доли опин-утилизирующих бактерий в ризосфере, следовательно, любого опин-утилизирующего штамма, внесённого человеком. Если же эти бактерии будут обладать признаком, выгодным для растения (например, контролировать заражение), то созданная ассоциация может преобразоваться в "искусственный симбиоз" (Dessaux Y. et al., 1992; Oger et al., 2004).
В бобово-ризобиальном симбиозе важной стадией является адсорбция бактериальных клеток на поверхности корневых волосков. Она определяется способностью бобовых синтезировать лектины, которые связываются с полисахаридами клеточных стенок бактерий. «Лектиновая» гипотеза, объясняющая специфичность образования клубеньков, была выдвинута в начале 1980-х (Daz-zo, 1981). Она долгое время являлась предметом оживлённых дискуссий, так как рядом авторов была показана возможность прикрепления к корневым во-