Эндофитные сообщества сфагновых мхов как источник бактерий - эффективных ассоциантов сельскохозяйственных культур

• Автор: Щербаков, Андрей Васильевич
• Шифр специальности: 03.02.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 180 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ОГЛАВЛЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Микробные сообщества сфагновых болот. Экологическая роль в функционировании болотных экосистем. Полезные растительно-микробные системы в сельскохозяйственной биотехнологии. Основные перспективные направления развития

(Обзор литературы)

1.1. Микробные сообщества сфагновых болот. Экологическая роль в

функционировании болотных экосистем

1.1.1. Микроорганизмы болотных экосистем, связанные с круговоротом метана

П.П. Метаногены

1.1.1.2. Меганотрофы
1.1.2. Микробные ассоциации торфяных отложений, микроорганизмы, связанные с деструкцией торфа
1.1.2.1. А^йарпдеоЬааепа
1.1.2.2. АабоЬасГепа
1.1.2.3. АсРпоЬайепа
1.1.2.4. Вайег^бея
1.1.3. Микроорганизмы - ассоцианты сфагновых мхов
1.1.3.1. Метанотрофные и метаногенные ассоцианты сфагновых мхов
1.1.3.2. Азотфиксирующие ассоцианты сфагновых мхов
1.1.3.3. Гетеротрофные бактерии, ассоцианты сфагновых мхов
1.1.3.4. Дрожжи и грибы арбускулярной микоризы - ассоцианты мхов
1.2. Полезные растительно-микробные системы в сельскохозяйственной биотехнологии. Основные востребованные и перспективные направления
развития
1.2.1. Микроорганизмы, как продуценты биопрепаратов стимулирующего действия
1.2.1.1. Продукция бактериями регуляторов роста растений
1.2.1.2. Ризосферные и эндофитные бактерии в основе микробиологических удобрений
1.2.1.3. Опыт применения и эффективность микробиологических удобрений
1.2.2. Микроорганизмы, как продуценты биопрепаратов защитного действия

1.2.2.1. Продукция бактериями сидерафоров, антибиотиков и бактериоцинов
1.2.2.2. Индуцированная устойчивость
1.2.3. Фосфатмобилизуюгцие бактерии в основе микробиологических препаратов для растениеводства
1.2.4. Целлюлозолитические микроорганизмы, как продуценты биопрепаратов для деградации отходов сельскохозяйственного производства
1.2.4.1. Микробные целлюлазы
1.2.4.2. Механизмы микробного гидролиза целлюлозы
1.2.4.3. Распространение целлюлозолитических микроорганизмов в природе и их роль в деградации целлюлозы
1.2.4.4. Опыт применения биопрепаратов на основе целлюлолозолитических
микроорганизмов
1.3. Заключение к обзору литературы
ГЛАВА 2. Материалы и методы
2.1. Сбор образцов сфагновых мхов и определение их видовой принадлежности
2.2. Флуоресцентная in situ гибридизация (FISH) и конфокальная сканирующая лазерная микроскопия (CSLM)
2.3. Выделение бактериальных изолятов эндофитных бактерий
2.4. Молекулярно-генетическая идентификация выделенных
изолятов
2.4.1. Выделение бактериальной ДНК
2.4.2. Амплификация фрагментов гена 16-S рРНК
2.4.3. Анализ полиморфизма длин рестрикционных фрагментов гена 16-S рРНК
2.4.4. Секвенирование фрагментов гена 16-S рРНК и определение видовой принадлежности
изучаемых изолятов бактерий
2.5. Изучение культурально-морфологических, хозяйственно-ценных и физиологобиохимических свойств выделенных изолятов эндофитных бактерий
2.5.1. Изучение культурально-морфологических свойств
2.5.2. Изучение фунгицидной активности
2.5.3. Изучение бактерицидной активности
2.5.4. Изучение способности изолятов к продукции ИУК и ее производных на среде с L-триптофаном
2.5.5. Изучение ростстимулирующей активности на проростках редиса
2.5.6. Изучение способности изолятов растворять неорганичесике соединения фосфора
2.5.7. Изучение ферментативной (протеазной, амилазной, липазной, целлюлазной) активности
2.5.8. Изучение физиолого-биохимических свойств
2.6. Изучение in planta колонизационного потенциала, биоконтрольной, ростстимулирующей и целлюлолитической активности перспективных штаммов
2.6.1. Определение колонизационной активности с помощью метода гнотобиотических систем
2.6.2. Визуализация интродуцируемых штаммов бактерий с помощью метода флуоресцентной in situ гибридизации (FISH)
2.6.3. Детекция интродуцируемых штаммов бактерий методом полимеразной цепной реакции (PCR)
2.6.4. Изучение биоконтрольной активности штаммов in planta
2.6.5. Изучение ростстимулирующей активности штаммов in planta
2.6.6. Изучение скорости разложения соломы целлюлозолитической микробной ассоциацией
(НМЛ)
2.7. Создание и апробация лабораторных образцов микробиологических препаратов
2.7.1. Условия культивирования перспективных
шгамов
2.7.2. Создание оптимальной композиции лабораторного образца микробиологического препарата
2.7.3. Апробация лабораторных образцов микробиологических препаратов в полевых
экспериментах
ГЛАВА 3. Результаты исследований и обсуждение
3.1. Характеристика и география отбора образцов сфагновых мхов
3.2. Эндофитные бактерии - характерные обитатели гаметофитов сфагнума
3.3. Культивируемые бактериальные эндофиты сфагнума: характеристика состава популяций и перспективные штаммы - обладатели комплекса хозяйственно-ценных свойств
3.3.1. Культурально-морфологические свойства выделенных изолятов бактерий
3.3.2. Таксономический состав бактериальных популяций
3.3.3. Антифунгальные и антибактериальные свойства выделенных изолятов
3.3.4. Продукция ауксинов и стимуляция проростков кресс-салата
3.3.5. Растворение малорастворимых неорганических соединений фосфора и ферментативная активность
3.3.6.Таксономическое положение, культурально-морфологическая и физиологобиохимическая характеристика наиболее перспективных штаммов

Исследования физиолого-биохимических свойств выделяемых штаммов метанотрофных бактерий показало (Kip, 2010), что почти все штаммы бактерий обладали способностью к росту на безазотных средах, часть штаммов проявляла способность продуцировать этилен на средах в условиях содержания кислорода 5-10%.
1.1.3.2. Азотфиксирующие ассоцианты сфагновых мхов
Ассоциации между бриофитами и азотфиксирующими микроорганизмами были известны и описаны довольно давно (Alexander et al., 1974; Granhall, 1976; Basilier et al., 1978) и особую роль в таких ассоциациях играют цианобактерии (Gentili et al., 2005). Специальных морфологических структур для таких ассоциативных взаимодействий, наподобие присутствующих у лишайников, у мохообразных нет; колонизация цианобактериями растений мхов идет путем эпифитного заселения, либо внутриклеточного проникновения в мертвые гиалиновые клетки (Solheim and Zielke, 2003).
Согласно ранее проведенным исследованиям, наши знания о цианобактериях, ассоциированных с мохообразными, касаются в основном полярных и субполярных областей. В таких областях земного шара, цианобактерии в ассоциациях с мохообразными являются главным действующим лицом в процессах фиксации молекулярного азота и обеспечении продуктивности таких экосистем (Solheim and Zielke, 2003).
Таксономия цианобактерий, ассоциированных с мохообразными антарктических областей была изучена довольно детально (Broady, 1987; Ohtani и Kanda, 1987; Fumanti et al., 1997; Alfinito et al., 1998), но лишь небольшое число цианобактериальных такс было обнаружено в таких ассоциациях, доминантными же видами являлись Phormidium frigidum Fritsch и Nostoc commune Vaucher, часто также встречались Microcystis parasitica Kutzing (Alfinito et al., 1998). Джордан с соавт. (Jordan et al., 1978) выявили представителей Nostoc, как эпифитного обитателя листьев арктических мхов, наряду с Oscillatoria и Anabena. Основным механизмом передачи цианобактериальных ассоциантов, по-видимому, является пассивный перенос микробных клеток от растения к растению с током воды (Solheim and Zielke, 2003), однако хемотаксис и активная колонизация цианобактериями растений-хозяев также обсуждалось ранее (Rai et al., 2000).
На сегодняшний день сведений об эпи- и эндофитной колонизации цианобактериями растений мохообразных накоплено достаточно много: это данные и о неравномерности заселения мхов опифитными бактериями (Broady, 1979), об азотфиксирующей активности ассоциаций цианобактерий и бриофитов (Smith, 1984), предложена также модель внутриклеточной активной колонизации сфагновых мхов цианобактериями (Granhal, 1976). Во многих случаях отмечается преобладание численности цианобактерий в средней, зеленой части растений мхов