Изучение фундаментальных основ взаимодействия

Молодежный инновационный форум Приволжского федерального округа
Конкурс научно-технического творчества молодежи (НТТМ)
Интернет-сайт: http://ify.ulstu.ru. Ульяновск, 2015 год
УДК 579.64
Изучение фундаментальных основ взаимодействия
биоконтрольных микроорганизмов, фитопатогенов и
сельскохозяйственных растений с целью создания
эффективных комплексных фунгицидных и бактерицидных
микробных препаратов
ФГБОУ ВПО «Ульяновская ГСХА им. П.А. Столыпина»
Аюпов Денис Энисович, аспирант, Аюпов Дмитрий Энисович, студент,
Рыбакин Максим Сергеевич, студент
Тойгильдин Александр Леонидович, кандидат с.-х. наук, доцент
Исследованию молекулярных механизмов защиты растения от
патогенов посвящено множество исследований последних лет. Многие из
них посвящены изучению роли сигнальных молекул: этилену, активным
формам кислорода, монооксиду азота, салициловой кислоте, жасмоновой
кислоте в возникновении системной устойчивости растения при контакте
растения с элиситорами патогенов. При атаке патогена концентрация этих
молекул увеличивается во всем растении. Сложное взаимодействие
сигнальных каскадов, запускаемых этими молекулами, приводит к реакции
сверхчувствительности в пораженных патогеном тканях и системной
устойчивости в здоровых тканях растений. Так, под действием перекиси
водорода или монооксида азота активируется активность ферментов
вторичного метаболизма, халконсинтазы и фенилаланин-аммиак-лиазы.
Совместное действие перекиси водорода, монооксида азота и
Важной и обширной областью исследований является изучение
генов и белков вирулентности микроорганизмов-патогенов. Исследования
направлены на поиск конкретных защитных соединений растений. Так, у
растения Arabidopsis thaliana найдены фитоалекин камалексин и белок
тионин 2.4, участвующий в подавлении патогенных грибов. Перспективным
направлением является исследование бактерий, участвующих в защите
растений от патогенных микроорганизмов. Известен ряд штаммов
бактерий, повышающих устойчивость растений Arabidopsis thaliana к
фитопатогенам. Анализ мутантов Arabidopsis thaliana позволяет судить о
механизмах, лежащих в основе этого. Активно изучается, каким образом
фитогормоны,
такие
как
ауксин
и
цитокинин,
выделяемые
нефитопатогенными бактериями, включаются в сигнальные пути растения
и влияют на его жизнедеятельность. Использование биологического
потенциала микроорганизмов, населяющих корни и внутренние ткани
бобовых и небобовых растений, позволяет создавать высокоэффективные
биопрепараты для сельского хозяйства. Колонизация корней растений
интродуцируемыми высокоэффективными микроорганизмами является
наиболее важным моментом для функционирования растительнобактериальных систем. Успех при нанесении полезных микроорганизмов
Молодежный инновационный форум Приволжского федерального округа
Конкурс научно-технического творчества молодежи (НТТМ)
Интернет-сайт: http://ify.ulstu.ru. Ульяновск, 2015 год
на семена или проростки растений зависит от колонизационного
потенциала интродуцируемых штаммов. В последнее время в мировой
практике разработан ряд биопрепаратов, основу которых составляют
полезные штаммы эндофитных и ризобактерий из родов Azospirillum,
Pseudomonas, Bacillus, Herbaspirillum, Acetobacter. Было показано, что
инокуляция небобовых растений ризобактериями способна значительно
увеличить продуктивность растений и качество продукции. В некоторых
случаях применение биопрепаратов позволяло защитить растения от
болезней, заменяя таким образом, химические пестициды.
Проект направлен на продолжение ранее проводившихся
исследований
и
предусматривает
создание
высокоэффективных
растительно-бактериальных систем с активной микробиологической
составляющей (ризосферных бактерий с комплексом полезных свойств)
для использования в сельскохозяйственном производстве. Реализация
проекта позволит расширить наши представления о взаимоотношениях
растений и ризосферных (эндофитных) микроорганизмов, способных
эффективно
колонизировать
сельскохозяйственные
культуры.
Применение подобных систем будет способствовать повышению
потенциала продуктивности сельскохозяйственных культур, улучшит
качество и экологическую безопасность продуктов питания, снизит
хемогенную нагрузку на окружающую среду в процессе производства
продукции
растениеводства,
повысит
и
будет
поддерживать
биоразнообразие полезной почвенной микрофлоры. В целом, применение
новых растительно-бактериальных систем приведет к значительному
увеличению воспроизводимого плодородия сельскохозяйственных угодий.
Одновременно,
будут
снижены
затраты
сельскохозяйственного
производства, что является крайне важным на современном этапе
развития агропромышленного комплекса России. В последние годы в
России был разработан и зарегистрирован в Госхимкомиссии РФ ряд
микробиологических препаратов таких как Планриз, Экстрасол,
Фосфобактреин, Азотовит, Алирин-Б, Елена и др. (полезные ризосферные
бактерии), Фитолавин (актиномицеты), Ризоторфин (клубеньковые
бактерии),
обладающих
хозяйственно-ценными
свойствами
для
культурных растений: способностью фиксировать молекулярный азот,
продуцировать фунгицидные вещества, подавляющих рост и развитие
фитопатогенных микроорганизмов – возбудителей болезней растений,
продуцирующих вещества, стимулирующие рост и развитие культурных
растений. За рубежом также был создан ряд биопрепаратов на основе
клубеньковых, ризосферных и фосфатмобилизующих бактерий и
микоризных грибов. В США: Nitragin S, NitraStick, Cell-Tech, (клубеньковые
бактерии) (Lipha- Tech Inc, Milwaukee), BioYield (клубеньковые бактерии),
(Auburn University), ProsperThrive (фосфат-мобилизирующие бактерии),
(Circle One Int.,Brooksville),Чехии: Vambac (полезные ризосферные
бактерии и микоризные грибы) (Mendel University of Agriculture and
Forestry,Brno), Канаде: Jump Start, Taq Team, N-Prove (клубеньковые
бактерии с фосфат-мобилизующими грибами) (Philom Bios Inc., Saskatoon).
Объем продаж биопрепаратов для растениеводства в России составляет
Молодежный инновационный форум Приволжского федерального округа
Конкурс научно-технического творчества молодежи (НТТМ)
Интернет-сайт: http://ify.ulstu.ru. Ульяновск, 2015 год
около 1000 тонн в год и постоянно увеличивается. Рынок сбыта
определяется эффективностью конкретного препарата. Стоимость
биопрепаратов варьирует от 1 до 7 у.е. за кг или литр, в зависимости от
технологии применения и сельскохозяйственных культуры. Наиболее
дорогими являются препараты для обработки семян, а наиболее
дешевыми биопрепараты для внекорневой
Разработанные биопрепараты на основе бактерий-антагонистов
будут востребованы в первую очередь в сельском хозяйстве, пищевой и
комбикормовой
промышленности.
Потребителями
разработанных
биопрепаратов будут товарные сельхозпроизводители, элеваторы, заводы
по производству комбикормов, предприятия пищевой промышленности.