Бактерии из рода Bacillus в защите растений

Опубликовано dimone в Втр, 11/27/2018 - 18:30
Бактерии из рода Bacillus в защите растений
Микроорганизмы обладают механизмами, которые делают возможным непосредственное или опосредованное влияние на патогены, а также обладают способностью к стимулированию роста растений. Они оказывают антагонистическое влияние на другие микроорганизмы и способствуют улучшению сопротивляемости растений к болезням. Среди микроорганизмов, применяемых для защиты растений в рамках био метода, важное место занимают бактерии из рода Bacillus. Они проявляют антагонистическую активность в отношении значительного количества вредителей и патогенов растений. Кроме того, бактерии Bacillus sp. могут положительно влиять на рост и иммунитет сельхозкультур.
ХАРАКТЕРИСТИКА
Bacillus - род палочковидных грамположительных бактерий. Виды Bacillus есть или облигатными или факультативными аэробами, то есть нуждаются в кислороде для дыхания. Bacillus вездесущие в природе. Они способны существовать в различных средах: в почве, воде, сладких и соленых растворах, в глубинах океанов, поверхностных отложениях, термальных источниках, на разных частях растений, в пищеварительном тракте животных или на испорченных пищевых продуктах.
При неблагоприятных условиях, таких как высокие температуры, низкая влажность или недостаток питательных веществ, клетки производят овальные эндоспоры, которые могут оставаться бездействовать в течение длительного периода. Под микроскопом Bacillus выглядят как палочки, существенная часть из них обычно эндоспоры на одном конце, делая бактерию выпуклой.
Два вида Bacillus имеют медицинское значение В. anthracis, который вызывает сибирскую язву (сибирскую язву), и В.cereus, обуславливающий пищевые отравления, подобные тем, которые вызывают бактерии рода Staphylococcus.
НАУЧНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Многочисленные сообщения в научной литературе подтверждают эффективность бактерий Bacillus sp. в ограничении или уничтожении патогенов растений . Например, эти бактерии ограничивают развитие гриба Rosellinia necatrix (синонимы – Dematophora necatrix, убийственная розеллиния), что является возбудителем корневой гнили яблони. Штаммы В. subtillis улучшают рост яблоневых деревьев, способствуют увеличению их урожайности, ограничивают проявления грибных болезней корневой системы, таких как питиум (Pythium ultimum) и фитофтора (Phytophthora cactorum).
Применение в выращивании клубники грибовидной палочки В. mycoides способствовало уменьшению на 50% количества ягод, пораженных серой гнилью, по сравнению с контролем.
Исследователи из США доказали положительное влияние бактерий В.velezensis штамма ВAC03 на рост овощных растений: свеклы, моркови, огурцов, перца, картофеля, редиса, томатов. Указанный штамм вносили в почву в жидкой форме в таком количестве, чтобы концентрация бактерий в почве составляла 105 КОЕ/мл почвы. В результате применения штамма BAC03 было получено увеличение массы растений от нескольких процентов до нескольких десятков процентов. Повторное внесение дало лучшие результаты по сравнению с одноразовым. Кроме того, штамм тормозил развитие гриба Streptomyces, что является возбудителем парши картофеля. Эффективность бактерий обеспечивали летучие вещества, которые они производят 3-гидрокси-2-бутанон (кетоны) и 2,3-бутандиол (спиртовое вещество). Исследуемый штамм также производил индолил-3-уксусную кислоту и аммиак. Эти вещества сыграли существенную роль в стимулировании сопротивляемости растений во время научного эксперимента.
МЕХАНИЗМ ДЕЙСТВИЯ
Как отмечалось, эффективность бактерий из рода Bacillus обеспечивается несколькими факторами. Изоляты Bacillus sp.. продуцируют биологически активные вещества: энзимы, антибиотики и соединения, токсичные для патогенов. Различные виды производят такие энзимы, как протеаза, амилаза, глюканаза, целлюлаза, хитиназы. Например, благодаря секреции хитиназы бактерии используют хитин как источник углерода, то есть как пищу для своего развития. Кроме того, хитиназы являются защитным фактором для полезных бактерий от воздействия патогенов, они участвует в разложении клеточных стенок различных грибов. В лабораторных условиях некоторые изоляты способны производить до 20 г энзимов на 1 л супернатанта (надосадочной жидкости).
Штаммы В. subtilias обладают способностью производить антибиотики из группы липопептидов: итурины и сурфактины, обеспечивающих защиту рассады томатов от гнилей корневой системы, вызванных такими возбудителями, как Rhizoctonia solani, Pythium sp., Fusarium spp.. Итурин D сдерживает прорастание спор грибов Colletotrichum trifolii. Итурин А оказывает мощное антибиотическое  действие в отношении таких возбудителей: Pythium ultimum, Rhizoctonia solani, Fusarium oxysporum, Sclerotonia sclerotiorum, Macrophomina phaseolina. Благодаря выработке итурина бактерия В. subtilis обнаружила высокую эффективность в защите нектаринов, персиков, абрикос и слив от монилиоза (плодовой гнили), возбудителем которого являются бактерии Monilinia и Monilinia fructigena. Кстати, на основе В. subtilis в Украине производится значительное количество биопрепаратов, в основном предназначенных для защиты растений от корневых гнилей. Некоторые штаммы Bacillus производят и другие антибиотики, в частности полимиксин, грамицидин и бацитрацин.
Также доказано, что исследуемые микроорганизмы обладают способностью индуцировать в растениях системную устойчивость типа ISR (англ. Induced systemic resistance). Этот эффект обнаружен на растениях и открытого, и закрытого грунта. Системная или локальная устойчивость может быть индуцированная такими изолятамы: Bacillus amyloliquefaciens, B.pumilus, B. cereus, B.mycoides, B. sphaericus, B. subtilis. Она включает устойчивость к вирусам, бактерий, грибов, нематод, которая может проявляться в разной степени в зависимости от влияния абиотических и биотических факторов.
Некоторые штаммы Bacillus sp.. обладают способностью к выработке фитогормонов, влияющие на рост растений. Например, В. pumilus и В. licheniformis производят гиббереллины, способствующие лучшему росту растений, обильному цветению, образованию большего количества завязей и лучшему нарастанию плодов. Последние исследования показывают значительный потенциал бактерий Bacillus в колонизации поверхности корневой системы растений, имеет существенное значение с точки зрения использования их для защиты сельхозкультур от патогенов. Процесс адгезии бактерий с корнями связан со способностью Bacillus к созданию биопленки.
Бактерии Bacillus участвуют в круговороте фосфора в природе, который в почве содержится в связанной форме, поэтому только 0,1% от его количества может быть усвоен растениями. Кроме того, значительное количество фосфора из минудобрений, которые вносятся в почву для питания растений, также со временем переходит в связанную форму. Бактерии Bacillus sp.. производят органические кислоты и фосфаты, благодаря чему разрушают связи фосфора в почве, поэтому он становится доступным для растений в виде соединений Н2РО4-1 и НРО4-2  Учитывая это предполагается, что в следующие несколько лет исследования бактерий Bacillus sp. будут сосредоточены на выявлении таких штаммов и изолятов, которые наиболее способствуют усвоению фосфора растениями. В настоящее время в исследованиях уже было показано эффективность воздействия: штаммы Bacillus circulans - на рост пшеницы, штаммы Bacillus Megaterium - на приросты надземной и корневой частей саженцев яблони (до 62%), причем было подтверждено увеличение количества азота, калия и фосфора в побегах.
ПРЕПАРАТЫ
В Европе разрешены к применению препараты на основе бактерий Bacillus thuringiensis, которые являются  важными патогенами насекомых. Они продуцируют специфический кристаллический белковый токсин под названием  в - эндотоксин (другие названия:  Cry токсин, Вt-токсин), который проявляет инсектицидное действие к гусеницам многих представителей насекомых ряда чешуекрылых и жесткокрылых, личинок москитов, мошек, нематод. Ключевой мишенью В. thuringiensis являются личинки, причем эффективность бактерий обратно пропорциональна возрасту и массе вредителей: на мелкие личинки младших возрастов влияние самое ощутимое.
Когда бактерия проникает внутрь кишечника личинки - хозяина, она начинает выделять в нем б-эндотоксин, который образуется в процессе споруляции бактерии. Кристалл эндотоксина практически не растворяется в воде, зато растворяется только в среднем кишечнике чувствительных видов насекомых при уровне рН 9,5-12,0. Он является безопасным для всех позвоночных (включая человека) и большинства насекомых, проявляя высокую специфичность по отношению насекомые - хозяина. После контакта с пищеварительными соками и растворения в кишечнике эндотоксин подвергается расщеплению протеазами с образованием активного токсина. Активный токсин прикрепляется к мембранам эпителия среднего кишечника насекомых, вызывая уравнивание концентраций ионов снаружи и внутри клеток, что приводит к нарушению работы пищеварительной системы личинки, постепенно вызывая ее голодную смерть. Снижение рН кишечника личинок нужно B. thuringiensis  для создания благоприятных условий для своего развития и размножения в теле хозяина. Изменения в кишечнике личинки обычно начинают происходить в течение ЗО минут после попадания в него бактерии. И хотя полная гибель вредителя может наступить лишь через 2-4 суток, он почти сразу прекращает питаться, то есть больше не имеет возможности вредить сельхозкультур.
Среди препаратов на основе B. thuringiensis, зарегистрированных в различных странах ЕС, можно назвать Diper WG. В целом, в Европе зарегистрировано меньше препаратов на основе микроорганизмов по сравнению с другими континентами, поскольку процесс регистрации довольно сложной и затратной процедурой. Поэтому значительное количество лабораторных разработок не вводится в производство, поэтому потенциал биопрепаратов пока остается реализованным не полностью.