Телефон: 8-800-350-22-65
WhatsApp: 8-800-350-22-65

Статья опубликована в рамках: XLVII Международной научно-практической конференции «Научное сообщество студентов XXI столетия. ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ» (Россия, г. Новосибирск, 08 декабря 2016 г.)

Наука: Биология

Скачать книгу(-и): Сборник статей конференции

Библиографическое описание:
Румянцева Д.Н., Примак О.В. МИКРОБНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В МИКОРИЗОСФЕРЕ И ИХ ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА // Научное сообщество студентов XXI столетия. ЕСТЕСТВЕННЫЕ НАУКИ: сб. ст. по мат. XLVII междунар. студ. науч.-практ. конф. № 11(46). URL: https://sibac.info/archive/nature/11(46).pdf (дата обращения: 22.09.2021)
Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 2 голоса
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

МИКРОБНЫЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В МИКОРИЗОСФЕРЕ И ИХ ЗНАЧЕНИЕ ДЛЯ УСТОЙЧИВОГО РАЗВИТИЯ СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА

Румянцева Дарья Николаевна

студент, кафедра биотехнологии ПолесГУ, г. Пинск

Примак Ольга Викторовна

студент, кафедра биотехнологии ПолесГУ, г. Пинск

Научный руководитель Камельчук Янина Степановна

ассистент кафедры биотехнологии ПолесГУ, г. Пинск

Почвенные микроорганизмы оказывают существенное влияние на плодородие почвы и здоровье растений. Симбиотические микоризные грибы, например эндомикоризные, являются ключевым компонентом микробных популяций. Они оказывают огромное влияние на рост растений и на их способность усваивать питательные вещества. Помимо этого, эндомикоризные грибы увеличивают площадь поглощения корневой системы растения-хозяина. Также за счет гиф этих симбиотических грибов увеличивается площадь взаимодействия с другими микроорганизмами. Более глубокое понимание взаимодействий почвенных микроорганизмов друг с другом и с растениями крайне важно для развития устойчивого управления плодородием почв и продукцией растениеводства. Несмотря на огромное количество исследований, посвященных влиянию микоризной колонизации на ассоциированные бактериальные сообщества, все же механизмы взаимодействия по-прежнему малопонятны [6]. Новые подходы, в том числе на основе ПЦР методов, стабильных изотопов профилирования и молекулярных маркеров, пролили свет на деятельность, идентификацию и таксономическое расположение бактерий в микоризосфере.

Эндомикоризный симбиоз является старейшим  и наиболее распространенным типом микоризной ассоциации. По оценкам, 250000 видов растений во всем мире, в том числе многих сельскохозяйственных культур, способны образовывать симбиоз [1]. При формировании эндомикоризного симбиоза, гриб проникает через стенки корковых клеток корня с помощью гаусторий, которые взаимодействуют с цитоплазмой. Эти грибковые структуры увеличивают площадь поверхности для метаболического обмена между растением и грибом. Некоторые эндомикоризные грибы также имеют везикулы – структуры, функционирующие как органы хранения.

В естественных экосистемах растения, колонизирующие с эндомикоризными грибами, инвестируют до 10-20% фотосинтетически фиксированного углерода в своих грибных партнеров [5]. Очевидно, что это вносит значительный вклад в экосистему почвы и полученный углерод оказывает решающее значение для микроорганизмов, связанных с микоризосферой. Эндомикоризные грибы также непосредственно взаимодействуют с почвой, производя дополнительные гифы, которые продлевают их на несколько сантиметров в почву. Считается, что эти гифы необходимы растениям для приобретения фосфора и других минеральных веществ [8]. Специальный мицелий эндомикоризных грибов может также повысить мобилизацию органически связанного азота из растительного опада. Эндомикоризный симбиоз может смягчить негативное влияние патогенов на растения и уменьшить уровень токсического действия металлов. Растущие из корня гифы могут взаимодействовать с другими почвенными организмами либо косвенно, путем изменения физиологии растений-хозяев, в том числе корневой физиологии и закономерностей экссудации в микоризосфере, либо непосредственно путем физического или метаболического взаимодействия с другими организмами в микоризосфере.

Многие микробные взаимодействия из микоризосферы обсуждались ранее, но до сих пор полностью не выявлены. Валерия Бианциотто и др. показала, что ризобии и псевдомонады, содействующие росту ризобактерий в растении, могут прикрепляться к спорам и гифам гриба Gigaspora margarita, проращиваемого в стерильных условиях [4]. Степень прикрепления к грибным гифам и неорганическим поверхностям явно отличается у бактериальных штаммов. Тем не менее, бактерии, которые действительно показали более высокую степень привязанности, не проявляли специфичности по отношению к любой грибной поверхности. Поэтому было предложено, что первые этапы прикрепления к поверхности регулируются общими физико-химическими параметрами, такими как электростатическое притяжение. В противоположность этому, клеточные поверхностные структуры или внеклеточный материал бактериального происхождения, полученный вокруг прикрепленных бактерий, обеспечивает механизм для более безопасного, постоянного прикрепления к грибным структурам. Позднее, это предположение было подтверждено Валерией Бианциотто и соавт. [3], которые использовали бактериальных мутантов, ингибирующих внеклеточное производство полисахаридов в анализах адгезии in vitro с целью показать, что такие мутанты были сильно обесценены по отношению к микоризным структурам и гифам. При использовании GFP-меченых микроорганизмов Лагоподи и др. [7] было отмечено, что биоконтроль бактерий Pseudomonas fluorescens и P. сhlororaphis применяется к рассаде томата  и занимает те же места на корнях томата, как и патогенные грибы Fusarium oxysporum. Использование бактериальных штаммов, характеризующихся повышенной способностью к прикреплению к корням и гифам и формированию защитной биопленки, может оказать большую роль для биоконтроля [3].

Межклеточные взаимодействия обеспечивают между корнями растений, микоризой и связанными с ними бактериями, быстрый обмен энергией и питательными веществами. Микоризосфера может обеспечить благоприятное окружение для некоторых связанных бактерий, которые в свою очередь могут оказывать положительное влияние на снабжение питательными веществами и борьбу с патогенами.

Эндомикоризные грибы улучшают фосфорное питание, увеличивают поглощение азота и повышают устойчивость растений-хозяев к различным заболеваниям. Другие микроорганизмы, например, азотфиксирующие бактерии или фосфатсолюбилизирующие бактерии, могут синергетически взаимодействовать с эндомикоризными грибами и тем самым влиять на рост и развитие растений [9]. Микоризный симбиоз становится  наиважнейшим в обеспечении экологической устойчивости сельскохозяйственных систем, где поступление питательных веществ является более низким. В этих условиях, эндомикоризный мицелий (возможно, совместно с бактериями или другими грибами) может играть важную роль в мобилизации питательных веществ из растительных остатков. Ходж и др. показали, что в присутствии симбионта Glomus hoi эндомикоризные грибы усиливают разложение растительного опада в почве и приводят к увеличению фиксации азота из подстилки. Рост гиф увеличивается в присутствии органического материала.

В качестве альтернативного средства для борьбы с вредителями и болезнями, в системе по выращиванию сельскохозяйственных культур могут быть использованы микробные биопрепараты, что позволит сократить масштабы использования пестицидов, представляющих угрозу для здоровья человека и нецелевых организмов. Средства биологического контроля против патогенных грибов могут оказать негативное воздействие на эндомикоризные грибы. Некоторые положительные эффекты бактерий, оказываемые на колонизацию корней эндомикоризными грибами, могут быть связаны с антагонистическим воздействием на конкурирующие патогенные микроорганизмы и могут направить синергетические эффекты на саму микоризную колонизацию [2]. Различные корни растений,  колонизируются либо семенами зараженных растений Pseudomonas spp., выращенных in vitro, в теплице или в поле. Бактериальный изолят Р. chlororaphis является эффективным колонизатором корней томата и эффективным антагонистом корневого патогена Fusarium oxysporum. Из бактериального штамма получают широкий спектр противогрибковых веществ, в том числе феназин-1-карбоксамид (PCN), цианистый водород, хитиназы и протеазы [1]. Это вещество считается важным противогрибковым фактором для подавления заболевания у корней томата. В дополнение к производству противогрибковых соединений, способность бактерий быстро колонизировать поверхности корней и, таким образом, тесно взаимодействовать с патогенами может дополнительно облегчить подавление патогенов [7].

Из-за трудностей в производстве большого количества чистой культуры эндомикоризного инокулята, относительно небольшое число исследований посвящены изучению практического использования эндомикоризных грибов в качестве модификаторов для повышения устойчивости растений к корневому гниению. Комбинированная прививка эндомикоризных грибов с бактериями, стимулирующими рост, может способствовать получению такого инокулята [9]. Некоторые эндомикоризные грибы демонстрируют биологические свойства против патогенов корней и используются в качестве векторов для ассоциированных бактерий [5].

Способность организмов прикрепляться к гифам, корням и другим поверхностям и образовывать биопленки может поспособствовать их успешному применению в биологическом управлении этими процессами. Грибковые гифы могут играть важную роль в распределении природных популяций бактерий и, следовательно, могут действовать в качестве векторов для бактерий в микробных инокулятах. Изучение пространственно-временной устойчивости таких бактериально-грибковых ассоциаций будет предоставлять больше информации об этой возможности и улучшит наше понимание микробных взаимодействий, которые могут иметь важное значение для развития устойчивого управления плодородием почв и продукции растениеводства.

 

Список литературы:

  1. Ames, R.N., Reid, C.P.P. and Ingham, E.R. Rhizosphere bacterial population responses to root colonization by a vesicular-arbuscular mycorrhizal fungus. New Phytologist  – 2004. – P. 555–563.
  2. Azcon-Aguilar, C. and Barea, J.M. Arbuscular mycorrhizas and biological control of soil-borne plant pathogens – Anoverview of the mechanisms involved. Mycorrhiza  – 2006. – P. 457–464.
  3. Bianciotto, V., Andreotti, S., Balestrini, R., Bonfante, P. and Perotto, S. Extracellular polysaccharides are involved in theattachment of Azospirillum brasilense and Rhizobium leguminosarum to arbuscular mycorrhizal structures. European Journal of Histochemistry – 2011 – P. 39–49.
  4. Bianciotto, V., Minerdi, D., Perotto, S. and Bonfante, P. Cellular interactions between arbuscular mycorrhizal fungi and rhizosphere bacteria. Protoplasma – 2006.  – P. 123–131.
  5. Caron, M. Potential use of mycorrhizae in control of soilborne diseases. Canadian Journal of Plant Pathology – Revue Canadienne De Phytopathologie – 2009. – P. 177–179.
  6. Hodge A. Arbuscular mycorrhizal fungi influence decomposition of, but not plant nutrient capture from, glycine patches in soil. New Phytologist.  – 2001 – P. 725–734.
  7. Lagopodi, A.L., Ram, A.F.J., Lamers, G.E.M., Punt, P.J., Vanden Hondel, C., Lugtenberg, B.J.J. and Bloemberg, G.V. Novel aspects of tomato root colonization and infection by Fusarium oxysporum f.spradicis-lycopersici revealed by confocallaser scanning microscopic analysis using the green fluorescent protein as a marker. Molecular Plant–Microbe Interactions – 2002. – P. 172–179.
  8. Read, D.J. and Perez-Moreno, J. Mycorrhizas and nutrientcycling in ecosystems – a journey towards relevance? New Phytologist – 2013. – P. 475–492.
  9. Singh, C.S. Mass inoculum production of vesicular-arbuscular mycorrhiza (VAM): II. Impact of N (2)-fixing and P-solubilizing bacterial inoculation on VA-mycorrhiza – 2012. – P. 503–508.
Проголосовать за статью
Конференция завершена
Эта статья набрала 2 голоса
Дипломы участников
У данной статьи нет
дипломов

Оставить комментарий

Форма обратной связи о взаимодействии с сайтом