Сельскохозяйственная микробиология. Рубрика в журнале - Сельскохозяйственная биология
Влияние биопрепарата БАГС на состав грибного сообщества в мульче
Статья научная
Технологии no-till приобретают все большее распространение благодаря неоспоримому экономическому эффекту (G.A. Thomas с соавт., 2007). Наряду с преимуществами, эта технология имеет риски роста заболеваемости растений, поскольку мульча может служить депо хранения фитопатогенных грибов (D.C. Schlatter с соавт., 2017). В этой связи представляет интерес комплексный биологически активный препарат БАГС (разработан во Всероссийском НИИ сельскохозяйственной микробиологии), который ускоряет разложение растительных остатков и обладает антифунгальной активностью. В представленной работе впервые показано наличие в грибном микробиоме соломы овса значительного количества представителей рода Fusarium (11 ASV), а также снижение количества F. graminearum в мульче при использовании препарата БАГС. Подтверждено, что внесенный фитопатоген способен достаточно долго (68 сут) сохраняться в соломенной мульче, особенно в варианте без обработки БАГС. Целью работы был анализ влияния препарата БАГС на состав грибного сообщества в мульче в процессе эксперимента, имитирующего технологию no-till, при которой пожнивные остатки оставляют на поверхности почвы. Лабораторный опыт с компостированием соломы овса (Avena sativa L.) на поверхности почвы проводили в пластиковых контейнерах объемом 1 л. На поверхность почвы укладывали капроновую ткань (для удобства определения потерь массы соломы), на которую помещали по 15 г измельченной соломы (14,1 г абсолютно сухой массы). Для создания искусственного фона фитопатогенных грибов в соломенную мульчу вносили по 50 мл (1,45× 104КОЕ/мл) на сосуд суспензии Fusarium graminearum, вызывающего фузариоз колоса. Варианты опыта были следующими: солома; солома + F. graminearum; солома + F. graminearum + 10 % (от массы соломы) БАГС. Компостирование проводили при температуре 22-26 °С и постоянной влажности 75-78 %. В исходный срок и через 30 и 68 сут осуществляли высокопроизводительное секвенирование ампликонных библиотек ITS (эукариоты). Различия между полученными микробиомами оценивали, анализируя альфа- (внутри выборки) и бета- (между выборками) разнообразие. Оценка альфа-разнообразия включала определение общего числа ASVs (Observed ASVs), индекса Шеннона (Shannon), индекса Симпсона (Simpson = 1 - D) и Chao1 (показатель видового богатства популяции). Визуализацию бета-разнообразия проводили методом анализа главных координат (Principal Coordinate Analysis, PCoA) по дистанции Брея-Кертиса (Bray-Curtis Distance). Поиск таксонов, достоверно изменяющих численность в попарном сравнении, проводили при помощи пакета DeSEQ2 (v.3.21). Главным фактором, отражающим большую часть изменчивости структуры микробиома по анализу бета-разнообразия (более 22 % объясненной изменчивости), оказался срок проведения эксперимента, то есть стадия разложения соломы. Наблюдали снижение доли Basidiomycota за счет исчезновения дрожжевых и эпифитных форм (Vishniacozyma, Dioszegia, Wallemia) относительно аскомицетов во всех вариантах с 50-53 % в исходный срок до 0,8-0 % через 30 и 68 сут, что отражает переход от эпифитной микобиоты к сапротрофным деструкторам органического вещества. Фузариозный комплекс мульчи оказался весьма богат и содержал по крайней мере 11 таксонов, относящихся к роду Fusarium, при этом результаты высокопроизводительного секвенирования позволили четко отличать внесенный фитопатоген от других представителей рода Fusarium. Отмечено снижение представленности внесенного штамма фитопатогена в варианте с БАГС по сравнению с соломой с патогенным фоном как через 30, так и 68 сут соответственно в 3,9 и 3,3 раза. Внесенный фитопатоген был способен достаточно долго (68 сут) сохраняться в соломенной мульче, особенно в варианте без обработки биопрепаратом. Существенные изменения в структуре грибного сообщества, наблюдаемые при воздействии БАГС, произошли за счет перераспределения численности таксонов, а не изменения разнообразия. Показано отсутствие избирательности влияния биопрепарата на грибные таксоны: наблюдали стимуляцию как Humicola (целлюлозолитики, способствующие повышению плодородия почв), так и фитопатогенов рода Phiatophora.
Бесплатно
Статья научная
К настоящему времени разработаны и оптимизированы методы консервации и хранения микроорганизмов, основанные на переходе клеток в состояние анабиоза, при котором частично (хранение при пониженной температуре) или полностью (высушивание, криоконсервация) прекращаются процессы жизнедеятельности. При этом лишь немногие исследования посвящены вопросам сохранности сложных консорциумов микроорганизмов с поддержанием свойств, обеспечивающих их эффективность. Возможность проанализировать таксономический состав сложных микробных сообществ открылась с появлением методов метагеномного анализа. В настоящей работе впервые получены данные о возможности консервации стоковых образцов микробного препарата БАГС. Цель работы — испытать различные способы хранения и консервации препарата БАГС, оценить их влияние на целлюлозолитическую активность и таксономический состав прокариотического компонента консорциумов с использованием метода глубокого секвенирования ампликонных библиотек гена 16S рРНК. Работу проводили в 2023-2024 годах во Всероссийском НИИ сельскохозяйственной микробиологии (г. Санкт-Петербург). Объектами исследования были: исходный зрелый микробный препарат БАГС (первая генерация), полученный в результате компостирования в течение 6 мес торфо-соломисто-минеральной смеси и инокулюма (БАГС предыдущего приготовления); реактивированные образцы БАГС после хранения разными способами в течение 6 мес; экспериментальные партии БАГС, полученные при компостировании торфо-соломисто-минеральной смеси с использованием в качестве инокулюма реактивированных после консервации образцов препарата. Испытывали три способа хранения и консервации образцов исходного БАГС: хранение свежего препарата в холодильной камере при +4 °C; высушивание при комнатной температуре до воздушно-сухого состояния; криоконсервация (в качестве криопротектора микробных клеток добавляли глицерин до конечной концентрации 15 % и помещали в морозильную камеру при -60 °C). Спустя полгода образцы реактивировали, выдерживая при комнатной температуре в течение 1 нед, при этом предварительно высушенный увлажнили водой до 60 % от полной влагоемкости. Реактивированные образцы использовали для инокуляции торфо-соломисто-минеральной смеси при приготовлении экспериментальных партий БАГС. Для получения контрольной партии БАГС (3-я генерация) в качестве инокулюма брали свежий препарат 2-й генерации, который приготавливали по стандартной методике одновременно с хранением экспериментальных образцов. Все партии БАГС инкубировали при 28 °С в течение 5 мес. Ежемесячно двумя способами (модифицированным методом Кристенсена и аппликационным методом) оценивали целлюлозолитическую активность. Микробиологический анализ готовых 5-месячных препаратов проводили методом глубокого секвенирования ампликонных библиотек гена 16S рРНК. Количественное сравнение микробиомов осуществляли по показателям альфа- (внутри выборки) и бета-разнообразия (между выборками). Для расчета индексов альфа-разнообразия ампликонные библиотеки были нормализованы методом разрежения по минимальному размеру. Оценка альфа-разнообразия включала определение общего числа ASVs и обратного индекса Симпсона. Визуализацию бета-разнообразия проводили методом неметрического многомерного шкалирования (non-metric multidimensional scaling, NMDS) по метрике Брея-Кертиса. Эффективная партия БАГС с высокой целлюлозолитической активностью была получена с применением в качестве инокулюма реактивированного образца после высушивания. Видовое разнообразие сообществ всех трех опытных партий БАГС в 2 раза превышало контрольное. Установлено сходство представленности таксонов во всех вариантах на уровне филумов. При этом на основе показателей бета-разнообразия все сообщества различались по композиции микробного состава. Наиболее схожими оказались консорциумы контрольного препарата и БАГС, приготовленного с использованием инокулюма после высушивания. Выявлены представители микробиома — маркеры эффективного препарата, связанные с азотным обменом и расщеплением сложных полисахаридов — MND1,Methylomirabilota,Cryseolinea, Gracillibacteria.
Бесплатно
Статья научная
Милдью — одно из самых распространенных и вредоносных заболеваний винограда в мире. Высокая восприимчивость к милдью большинства сортов винограда делает необходимой химическую защиту, приводящую к негативным экологическим последствиям, в связи с чем исследование новых средств биоконтроля патогенов растений приобретает все большую актуальность. Дрожжи — один из наиболее интересных и перспективных агентов биоконтроля в силу своих биологических особенностей, широкого распространения, генотипической и фенотипической приспособленности к колонизации и конкуренции за пространство и питательные вещества. В настоящей работе впервые установлено, что Saccharomycescerevisiae, населяющие поверхность ягод винограда, могут быть эффективным агентом биоконтроля милдью за счет стимуляции защитных реакций растений и выраженной антагонистической активности. Целью работы стало исследование стимуляции защитных реакций у винограда при обработке листьев Saccharomycescerevisiae в качестве агента биоконтроля милдью (возбудитель Plasmopara viticola). Работу проводили в ФГБНУ Северо-Кавказский федеральный научный центр садоводства, виноградарства, виноделия в 2024-2025 годах. Использовали изолят дрожжей S. cerevisiae, выделенный с поверхности ягод винограда (Vitisvinifera) сорта Мерло (с. Молдаванское, Краснодарский край). Использовали листовые диски восприимчивого к милдью сорта винограда ТАНА33 диаметром 2 см в чашках Петри. Их опрыскивали разрешенными против милдью биопрепаратами. Варианты были следующими: Bacillus subtilis (штамм В-10 ВИЗР, препарат Алирин В, ООО «АгроБиоТехнология», Россия) (BS); Bacillusamyloliquefaciens (штамм КС-2, ВКПМ В-11141, препарат БФТИМ, ООО «Биотехагро», Россия) (BA); изолят Saccharomycescerevisiae (6× 106 кл/мл) (SC); водный (SC+t) и спиртовой (SC+Sp) экстракты из изолята S. cerevisiae; вода (контроль). Через 24 ч после обработки листовых дисков проводили инокуляцию суспензией спор P. viticola (PV) в концентрации 3× 106 спор в 1 мл. Эффективность обработок оценивали на основании развития милдью на листовых дисках: как средний процент площади спороношения или характерных маслянистых пятен на 50 листовых дисках. Спорообразование возбудителя милдью определяли посредством подсчета спор при помощи камеры Горяева. Физиологические параметры, характеризующие иммунный ответ винограда, определяли через 24, 48 и 72 ч после обработок S. cerevisiae и экстрактами культуры, а также через 24, 48 и 72 ч после заражения милдью. Содержание стильбенов (ресвератрола, виниферина, пицеида) определяли методом капиллярного электрофореза на приборе Капель 105М (ООО «Люмэкс», Россия). Содержание перекиси водорода оценивали методом FOX1, содержание малонового диальдегида (МДА) — по реакции с тиобарбитуровой кислотой. Экспрессию защитных генов определяли через 24, 48 и 72 ч после инокуляции P. viticola методом ПЦР в реальном времени (ПЦР-РВ). Относительную экспрессию генов рассчитывали методом 2-ΔΔCt. Установлено, что S. cerevisiae и их экстракты обладали способностью инициировать иммунные реакции винограда, снижали развитие милдью на листьях и число образуемых патогеном спор. Дрожжи и их экстракты компенсировали подавление окислительных процессов со стороны P. viticola и обеспечивали высокое содержание микроботоксичного виниферина, ресвератрола и пицеида. Экстракты дрожжей оказались способны в некоторой степени нивелировать негативные регуляторные эффекты со стороны P. viticola и усиливать иммунный ответ винограда после инфицирования милдью. Водный экстракт способствовал повышению содержания перекиси водорода, малонового диальдегида, стильбенов. При этом экспрессия защитных генов была значительно ниже, чем при обработке листьев живой дрожжевой суспензией. Спиртовой экстракт дрожжей оказывал наименее выраженное иммуноиндуцирующее действие, которое выражалось в увеличении содержания стильбенов, прежде всего пицеида. Наибольшей эффективностью при заражении растений P. viticola обладали живые S. cerevisiae. Иммунный ответ винограда на инфицирование милдью на фоне обработки дрожжами прежде всего отличался высоким уровнем экспрессии защитных генов. Дрожжи S. cerevisiae индуцировали одновременную экспрессию жасмонат (LOX, MYC2) и салицилат связанных (NPR1, PR1) генов, PR-белков и стильбенсинтазы через 24 и 48 ч после заражения. Дрожжевые экстракты стимулировали изменение экспрессии генов MYC2, NPR1 и CHS. При этом положительное воздействие дрожжевых экстрактов на иммунные реакции не способствовало полному подавлению милдью на листовых дисках. Это может быть связано с биологическими особенностями восприимчивого к милдью сорта ТАНА 33. Таким образом, высокая эффективность контроля милдью со стороны S. cerevisiae обеспечивалась не только иммуноиндукцией, но и выраженным антагонистическим подавлением P. viticola.
Бесплатно
Новый штамм фосфатсолюбилизирующих бактерий Pantoeaagglomerans Ф19
Статья научная
В связи с растущей осведомленностью о негативных последствиях применения химических удобрений актуальным становится поиск альтернативных решений, способных снизить химическую нагрузку на агроэкосистемы и одновременно обеспечить доступность питательных элементов для растений. Перспективным экологически безопасным направлением служит выявление автохтонных микроорганизмов, обладающих потенциалом стимуляции роста растений и способностью переводитьтруднодоступные фосфаты в растворимые формы. Использование регионально адаптированных штаммов гарантирует их выживаемость и эффективность в конкретных почвенно-климатических условиях целевого региона применения. Pantoea agglomerans — широко распространенные бактерии семейства Enterobacteriaceae, способные адаптироваться к разнообразным условиям окружающей среды и обнаруживаемые в почве, воде, растениях и воздухе. В настоящей работе впервые комплексно охарактеризован штамм Pantoea agglomerans Ф19 ВКПМ-13869, выделенный из агропочв Приморского края, и установлен уникальный комплекс его биологических свойств, значимых для растениеводства. Показано, что штамм обладает исключительно высокой фосфат-солюбилизирующей активностью (до 703 мг/л), и эффективная солюбилизация фосфора сохраняется при рН 5-6 и умеренном засолении (NaCl до 3 %). Выявлено выраженное ростостимулирующее действие штамма на яровую пшеницу и ячмень. Показана его 100 % фунгицидная и бактерицидная активность в отношении нативной микробиоты семян злаковых культур. Целью работы было изучение свойств нового перспективного фосфатсолюбилизирующего штамма для применения в растениеводстве Pantoea agglomerans Ф19 ВКПМ-13869. Исследование выполняли в 2025 году на базе ЦКП Биотехнология и генетическая инженерия ФНЦ биоразнообразия наземной биоты Восточной Азии ДВО РАН. Использовали штамм PantoeaagglomeransФ19 (ВКПМ-13869), полученный из Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов (НИЦ Курчатовский институт). Штамм был выделен из почвы сельскохозяйственного назначения (агротемногумусовый подбел типичный, Приморский край, Россия). Культурально-морфологические особенности штамма выявляли на агаризованных средах Пиковской и ГРМ с применением световой микроскопии. Биохимические свойства оценивали с помощью стандартизованной системы API 50 CH («bioMérieux SA», Франция). Фосфатазную активность определяли качественно с использованием реагентов на основе фенолфталеинфосфата и паранитрофенилфосфата, дегидрогеназную активность — по восстановлению тетразолий хлорида в полужидком агаре. Продукцию индолил-3-уксусной кислоты оценивали по методу Лопера и Скрота с применением реагента Сальковского. Качественную оценку фосфатсолюбилизирующей активности проводили на агаризованной среде Пиковской с нерастворимыми источниками фосфора Ca3(PO4)2, FePO4 и AlPO4 с расчетом индекса солюби-лизации фосфора (PSI). Количественное накопление растворимого фосфора определяли колоримет-рически в жидкой среде Пиковской на 3-и, 5-е и 7-е сут культивирования. Устойчивость штамма к абиотическим факторам изучали при варьировании температуры (15-44 °С), рН (от 5 до 9) и концентрации NaCl (1-10 %). Ростостимулирующее действие оценивали по энергии прорастания и лабораторной всхожести семян яровой пшеницы (Triticum aestivum L.) сорта Приморская 50 и ярового ячменя (Hordeum vulgare L.) сорта Тихоокеанский после 30-минутной экспозиции семян в суспензии бактерий (10⁷ кл/мл). Фунгицидную и бактерицидную активность штамма в отношении нативной микробиоты семян оценивали без выделения и идентификации конкретных видов фитопатогенов. Статистическую обработку данных проводили в программе SPSS v. 1.5, различия считали статистически значимыми при p £ 0,05. Штамм P. agglomerans Ф19 формировал на агаризованной среде Пиковской четкие зоны гало и образовывал на среде ГРМ блестящие выпуклые округлые колонии желтого цвета. Клетки — грамотрицательные палочки размером 0,5-1,0×1,0-3,0 мкм, не образующие спор, каталазоположительные, оксидазоотрицательные. Штамм утилизировал углеводы(L-арабинозу, галактозу, ксилозу, мальтозу, маннитол, маннозу, L-рамнозу, сахарозу и трегалозу), сбраживал глюкозу с образованием кислоты без газа, продуцировал щелочную и кислую фосфатазы, обладал дегидрогеназной активностью и синтезировал индолил-3-уксусную кислоту. Показана высокая фосфатсолюбилизирующая активность: на среде Пиковской штамм образовывал зоны солюбилизации диаметром 1,6-2,1 см для всех трех источников нерастворимого фосфора. Значение PSI для трикальцийфосфата достигало 5,1±0,1 к 7-м сут. Количественная оценка выявила накопление растворимого фосфора на 7-е сут в диапазоне 204-703 мг/л с максимумом для трикальцийфосфата (603,5±26,7 мг/л). Установлено, что рост и солюбилизация фосфора сохра-нялись в диапазоне рН 5-7 и при концентрации NaCl до 3 %, тогда как при 5 % NaCl рост замедлялся, а при 10 % прекращался. Обработка семян суспензией исследуемого штамма увеличивала их энергию прорастания у пшеницы и ячменя соответственно на 18 и 20 %, а лабораторную всхожесть — на 18 и 16 %.
Бесплатно
Оптимизация поиска высокоэффективных штаммов клубеньковых бактерий для инокуляции бобовых растений
Статья научная
Высокоэффективные штаммы клубеньковых бактерий служат основой микроудобрений, используемых при выращивании бобовых растений. Применяя искусственную инокуляцию ризобиями, можно добиться значительного повышения урожайности этих культур. Самый распространенный способ поиска высокоэффективных штаммов указанных микроорганизмов - их выделение из клубеньков самих растений с последующей селекцией штаммов, наиболее эффективно влияющих на урожайность культуры. В настоящей работе нами были проанализированы бактерии, полученные из клубеньков, собранных на разных этапах развития растений трех видов бобовых - лядвенца рогатого ( Lotus corniculatus L.), клевера гибридного ( Trifolium hybridum L.), козлятника восточного ( Galega orientalis Lam.). Показано, что каждое растение вступает в симбиоз только с одним определенным видом бактерии, но с большим числом его генетических вариантов, каждый из которых потенциально может обладать индивидуальными симбиотическими характеристиками. Наибольшее разнообразие штаммов было обнаружено в клубеньках клевера гибридного, а высокой однородностью характеризовались микросимбионты козлятника восточного. Было установлено, что в начале развития всех трех взятых в анализ видов растений клубеньки сформированы наиболее разнообразными штаммами ризобий, обладающими высоким разбросом значений азотфиксирующей активности: для микросимбионтов лядвенца рогатого - от 3,17 до 32,70 N2·растение-1·ч-1, для микросимбионтов козлятника восточного - от 10,08 до 30,75 N2˛растение-1·ч-1, для микросимбионтов клевера гибридного - от 9,91 до 32,42 N2·растение-1·ч-1, и среди них чаще, чем в другие периоды, встречаются высокоэффективные штаммы. В середине же вегетационного периода бактерии, которые образуют клубеньки на корнях исследуемых бобовых растений, имеют относительно выравненные значения эффективности фиксации азота (для микросимбионтов лядвенца рогатого - от 6,35 до 19,13 N2·растение-1·ч-1, для микросимбионтов козлятника восточного - от 15,51 до 23,47 N2·растение-1·ч-1, для микросимбионтов клевера гибридного - от 11,61 до 20,53 N2·растение-1·ч-1), и по величине эти показатели ниже максимальной активности, обнаруживаемой у штаммов в клубеньках в начале вегетации. В конце жизненного цикла клубеньки на корнях анализируемых растений сформированы микроорганизмами, которые с разной эффективностью фиксируют азот, но все же уступают по этому показателю наиболее активным «весенним» штаммам. Таким образом, мы полагаем, что поиск эффективных штаммов клубеньковых бактерий наиболее продуктивен на начальном этапе развития растения.
Бесплатно
Статья научная
Представители рода Serratia вызывают повышенный научный интерес, поскольку они распространены практически повсеместно и проявляют эмульгирующие, поверхностно-активные, противообрастающие, противоопухолевые и противомикробные свойства. Вода - естественная среда обитания для нескольких видов серраций. В представляемой публикации мы сообщаем о первом выделении S. proteamaculans из гуано летучих мышей. Цель нашей работы заключалась в изучении гуано летучих мышей из подземной водной экосистемы на наличие изолятов Serratia , активных против фитопатогенных грибов. Штаммы Serratia , которые выделили из отложений гуано в пещере в регионе Фессалия (Эолия, Греция), первоначально были обозначены как Sl2 и Sl4, оказались способны ферментировать D-глюкозу, другие углеводы (D-маннит, D-маннозу) и сахарозу в качестве источников углерода и сахаров. Для обоих штаммов оптимальная температура для роста - 28 °С, при этом штамм Sl4 способен расти и при 4 °С. Штаммы бактерий Sl2 и Sl4 были отнесены к группе Serratia liquefaciens с помощью автоматического бактериологического анализатора VITEK® 2 («bioMerieux SA», Франция) и точно идентифицированы до вида с использованием MALDI-TOF MS («bioMerieux SA», Франция). MALDI-TOF MS классифицировала штамм Sl2 как S. proteamaculans , а штамм Sl4 - как S. liquefaciens . Насколько нам известно, это первое в мировой научной литературе сообщение о выделении и классификации S. proteamaculans из гуано летучих мышей. При 28 °С оба изученных штамма Serratia продуцировали продигиозин, при этом его оптимальную продукцию отмечали через 72 ч инкубации. Определение активности штаммов S. liquefaciens и S. proteamaculans против фитопатогенных грибов ( Fusarium oxysporum , Alternaria alternata , Botrytis cinerea , Sclerotinia sclerotiorum и Rhizoctonia solani ) in vitro показало способность изученных серраций продуцировать свободно диффундирующие соединения с фунгистатической активностью in vitro. Это первое сообщение о том, что штаммы S. liquefaciens и S. proteamaculans , выделенные из гуано летучих мышей, потенциально могут рассматриваться как биоагенты против фитопатогенных грибов. Исследование взаимодействия между фитопатогенными грибами и бактериями S. liquefaciens и S. proteamaculans подтвердили их эффективность для биоконтроля этих грибных патогенов.
Бесплатно
