Свет и микроорганизмы антагонисты в регуляции ростовых процессов растений

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Размещено на http://www.allbest.ru/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук

СВЕТ И МИКРООРГАНИЗМЫ АНТАГОНИСТЫ В РЕГУЛЯЦИИ РОСТОВЫХ ПРОЦЕССОВ РАСТЕНИЙ

03.00.12 - физиология и биохимия растений

Голованова Тамара Ивановна

Красноярск - 2009

1. Общая характеристика работы

Актуальность темы. Одним из вопросов, требующего решения - это взаимосвязь организма и окружающей среды. Для решения данной проблемы необходимо выяснить характер действия внешних факторов, как абиотических, так и биотических, механизм ответных реакций растительного организма и пути их регуляции. Среди разнообразных абиотических факторов внешней среды, регулирующих процесс жизнедеятельности растений, огромное значение принадлежит свету, который оказывает специфическое влияние на многие жизненно важные процессы растений, такие, как рост и развитие, метаболизм углерода, интенсивность и энергетика фотосинтеза и т.д.

Принято считать, что в растении существуют несколько реакций, составляющих фоторегуляторную систему, в которой свет является внешним сигналом, осуществляющим взаимодействие растения с внешней средой. Особое место в этой сложной системе растительного организма занимают реакции, связанные с регуляцией интенсивности фотосинтеза и дыхания, являющиеся составными частями продукционного процесса растений. В настоящее время вопрос о влиянии света на процессы взаимоотношений фотосинтеза и дыхания в продукционном процессе остается открытым. Кроме того, возникают проблемы участия сенсорной регуляции, связанной с усилением оттока продуктов фотосинтеза.

В классической схеме зависимости продуктивности растений от фотосинтеза дыхание фигурировало в качестве отрицательной величины, в связи с этим дыхание рассматривали как чисто энтропийный процесс, негативно влияющий на общую продуктивность. По современным представлениям интенсивность и эффективность дыхания во многом определяют рост и накопление растением биомассы и, в связи с этим, дыхание разделяют на дыхание роста и дыхание поддержания. Функциональные составляющие дыхания позволяют оценить количественное соотношение этих двух процессов, глубже изучить роль дыхания в продукционном процессе, как в обеспечении энергетической интеграции физиологических процессов, так и в обеспечении биосинтетических процессов необходимыми реакционно-способными соединениями, дать оценку дыхательных затрат на рост и поддержание структур у различных организмов в зависимости от внешних и внутренних факторов. Однако, исследований по изучению дыхания и его составляющих в продукционном процессе у растений на начальных этапах онтогенеза (при переходе растений от гетеротрофного типа питания к автотрофному) крайне недостаточно и требуются более детальные рассмотрения. Изучение взаимоотношений фотосинтеза, дыхания и его составляющих в продукционном процессе растений позволит более глубоко изучить теоретические и практические аспекты регуляции энергетических потоков в растительном организме.

Кроме того, среди многочисленных биотических факторов, регулирующих процесс жизнедеятельности растений, огромное значение принадлежит микроорганизмам - антагонистам фитопатогенов, которые оказывают непосредственное влияние на рост и развитие растений, что открывает перспективы их использования в регуляции ростовых процессов растительных организмов. Однако на современном этапе вопрос о влиянии микроорганизмов - антагонистов на физиолого-биохимические процессы растений остается невыясненным.

Цель работы - определение влияния длительности светового периода на соотношение фотосинтеза и дыхания и его составляющих у растений на начальных этапах онтогенеза и механизма действия микроорганизмов-антагонистов фитопатогенов на ростовые процессы растений.

Основные задачи:

* исследовать и проанализировать влияние света на соотношение фотосинтеза и дыхания в продукционном процессе при переходе растений от гетеротрофного типа питания к автотрофному;

* разделить суммарные дыхательные затраты растения на рост и поддержание структур;

* оценить роль функциональных составляющих дыхания в продукционном процессе у растений на начальных этапах онтогенеза;

* определить на начальных этапах онтогенеза соотношение фотосинтеза, дыхания и его составляющих у растений, выращенных на фотопериоде и на непрерывном освещении;

* выявить механизм действия микроорганизмов-антагонистов фитопатогенов в регуляции ростовых процессов растений.

Основные положения, выносимые на защиту:

* Фотопериод оказывает влияние на соотношение фотосинтеза, дыхания и его составляющих при переходе растений от гетеротрофного типа питания к автотрофному.

* При переходе растений от гетеротрофного типа питания к автотрофному, доля дыхательных затрат от истинного фотосинтеза у пшеницы выше, чем у овса как на непрерывном освещении, так и на фотопериоде.

* Доля дыхания поддержания составляет в среднем около 80 % в суммарном дыхании у растений на начальных этапах онтогенеза.

* У растений, обработанных спорами Trichoderma sp., выше эффективность использования ФС-II и изменяется соотношение гранальных и агранальных структур хлоропластов.

* Микроорганизмы - антагонисты фитопатогенов увеличивают содержание хлорофилла в растениях и изменяют их соотношение в сторону увеличения хлорофилла b, оказывают стимулирующее влияние на метаболические процессы растений, выращенных в различных условиях.

Научная новизна работы. Изучены функциональные составляющие продукционного процесса растений и их органов: соотношение фотосинтеза, дыхания и его составляющих на начальных этапах онтогенеза у растений, выращенных на фотопериоде, который составлял 14 час, и на непрерывном освещении.

Показано, что на начальных этапах онтогенеза длительность светового периода по-разному влияет на растения и их органы, причем интенсивность газообмена пшеницы выше, чем у овса, как на непрерывном освещении, так и на фотопериоде.

Выявлено, что характер использования запасных питательных веществ зависит от длительности светового периода.

Установлено взаимодействие Trichoderma sp. МГ-97 с корнями растений и механизм его взаимодействия с растениями: грибы рода Trichoderma оказывают существенное влияние на структуру и функциональную активность фотосинтетического аппарата, заключающаяся в увеличении содержания зеленых пигментов, изменении соотношения форм хлорофиллов в сторону увеличения хлорофилла b, что свидетельствует об активации ФС-II, накоплении белков и углеводов.

Практическая значимость работы. Материалы диссертации могут быть использованы для анализа функциональных составляющих продукционного процесса у растений на начальных этапах онтогенеза, определения доли дыхания поддержания в общем дыхании при разных условиях выращивания растений.

Интенсивность дыхания и его составляющих дают более детальную информацию об энергетических потребностях растений при переходе от гетеротрофного типа питания к автотрофному.

Дыхание можно рассматривать как центральное звено метаболизма растений в донорно-акцепторной системе.

Микроорганизмы-антагонисты можно использовать в качестве регуляторов метаболизма растений, поскольку Trichoderma sp.и Pseudomonas fluoresctns влияют на их биохимическую направленность.

Результаты исследования используются в учебном процессе Сибирского федерального университета при чтении курса «Физиология растений», спец. курса «Устойчивость растений».

Публикации и апробация работы. По материалам диссертации опубликовано 47 работ, в том числе в изданиях, рекомендованных ВАК РФ - 10. Основные результаты диссертации были доложены и обсуждены на Краевой конференции «Актуальные проблемы биологии» (Красноярск, 1994), Краевой конференции «Экологическое состояние и природоохранные проблемы Красноярского края» (Красноярск, 1995), Региональной научной конференции КрасГАУ «Методические аспекты экспериментальной работы в исследованиях агрономического профиля» (Красноярск, 1995), Краевой конференции «Достижение науки и технике - развитию г. Красноярска» (Красноярск, 1997), Международной конференции «Diseases and insects in Forest nurseries» (Гейнсвилл, Флорида, США, 1996, Международной конференции «Larix-98: Word Resourses for Breeding, Resistance and Utilisations» (Красноярск, 1998), Международной конференции «Assessment methods of forest ecosystem status and sustainabiliry» (Красноярск, 1999), II съезде биофизиков России (Москва, 1999), IV съезд общества физиологов растений России (Москва, 1999), Международной конференции «Assessment methods of forest ecosystem status and sustainability» (Красноярск, 1999), Краевой конференции «Достижения науки и техники - развитию сибирских регионов» (Красноярск, 1999), Региональной научно-практической конференции «Производительные силы Красноярского края в современных социально-экономических условиях» (Красноярск, 1999), Международном совещании «Методы оценки состояния и устойчивости сеянцев хвойных» (Красноярск, 1999), Краевой конференции «Достижения науки и техники - развитию сибирских регионов» (Красноярск, 2000), VI Международной конференции «Регуляторы роста и развития растений в биотехнологиях» (Москва, 2001), IV Международном симпозиуме «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования» (Пущино, 2001), Первом съезде микологов России (Москва, 2002), Всероссийской конференции «Молекулярные механизмы взаимодействия микроорганизмов и растений: фундаментальные и прикладные аспекты» (Саратов, 2005), Всероссийской конференции «Природная и антропогенная динамика наземных экосистем» (Иркутск, 2005), Всероссийской научно-практической конференции «Социально - экологические проблемы природопользования в Центральной Сибири» (Красноярск, 2006), Международной научной конференции «Проблемы биоэкологии и пути их решения» (Саранск, 2008), Второй Международной научно-практической конференции «Проблемы биологии, экологии, географии, образования: история и современность» (Санкт-Петербург, 2008), Международной научной конференции «Теоретические и прикладные аспекты биохимии и биотехнологии растений» (Минск, 2008).

Личный вклад. Автор принимал непосредственное участие в постановке задач, проведении экспериментальных и полевых работ, в обработке и анализе полученного материала.

Благодарности. Автор выражает признательность и благодарность своему научному консультанту д.б.н. В.М. Гольду за помощь на всех этапах работы, д.б.н. Т.И. Громовых за оказание помощи в проведении микробиологических анализов, к.б.н. О.А. Могильной за помощь в проведении электронно-микроскопических исследований.

2. Основные сведения о диссертации

Во введении обоснована актуальность темы исследований, изложены цели и задачи работы, показана научная новизна и практическая значимость проводимых исследований.

В первой и второй главах рассматривается состояние изученности проблемы взаимосвязи фотосинтеза, дыхания и его составляющих у растений и изложена концепция взаимодействия микроорганизмов - антагонистов и растений.

В третьей главе дано описание объектов исследования и методов, применяемых в работе. При выяснении соотношения фотосинтеза и дыхания у растений на начальных этапах онтогенеза объектом исследования служили растения пшеницы, овса четырех возрастов: всходы - 2-3-х дневные, стадия 1-го листа - 8-9-и дневные, стадия 2-го листа - 15-16-ти дневные, стадия 3-его листа - 21-22-х дневные и 5-6-дневные проростки гороха, которые выращивали гидропонным способом в условиях светокультуры на непрерывном освещении и фотопериоде. Фотопериод составлял 14 часов. В качестве источника света использовали тепличные облучатели «Фотос - 4» и лампы ДРИ 2000-6, создававшие облученность на уровне посева 80 - 90 Вт/м². Температура воздуха колебалась в пределах 26-28 ⁰С. Газообмен определяли с помощью инфракрасного газоанализатора [Гавриленко, Ладыгина, Хандобина, 1975]. Для разделения дыхания на его функциональные составляющие использовали метод, предложенный Mc Cree [1970]. Коэффициенты дыхания роста и поддержания рассчитывали по формуле: R=k?P_i+c?W, где R - интенсивность темнового дыхания, k - коэффициент дыхания роста, P_i - интенсивность истинного фотосинтеза, c - коэффициент дыхания поддержания, W - сухая биомасса. Для перехода от количества выделенного при дыхании CO₂ к эквивалентному количеству потраченного дыхательного субстрата, использовали коэффициент перевода равный 0,68 [Вознесенский, Заленский, Семихатова, 1965]. Интенсивность истинного фотосинтеза рассчитывали в виде суммы интенсивности видимого фотосинтеза (P_n) и интенсивности дыхания (R).

При изучении влияния микроорганизмов-антагонистов на ростовые процессы растений в качестве объектов исследования использовали растения, относящиеся к разным отделам и семействам, выращенные в условиях светокультуры, защищенного грунта, лесопитомника. Внесение спор грибов рода Trichoderma spp. в среду проводили с семенами и в форме суспензии. Pseudomonas fluorescens применяли для предпосевной обработки семян в день посева. Количество микроорганизмов в ризосфере определяли методом высева на плотные питательные среды, предварительно определяли инфицируемость корней методом индуцирования роста фитопатогенов во влажной камере. Выделение грибов с пораженных корней производили пересевом образующегося мицелия с последующим изолированием чистой культуры [методы почвенной микробиологии и биохимии, под ред. Звягинцева, 1991; руководство к практическим занятиям по микробиологии, под ред. Егорова, 1995]. Энергию прорастания и всхожесть определяли согласно методике [Семена деревьев и кустарников. Правила отбора образцов и методы определения посевных качеств семян: ГОС. Стандарты СССР, 1988].

Для определения объема корневой системы, общей и рабочей адсорбирующей поверхности корневой системы использовали методы, предложенные Д.А. Сабининым и И.И. Колосовым [Сб. лабораторных работ по физиологии растений под ред. Гольда, 1971]. По методике Е.В. Аринушкиной определяли рН почвы [Аринушкина, 1970]. Для определения общего содержания воды использовали методику [Голованова с соав., 2003]. Определение углеводов проводили по модифицированному методу Dibois et al. [1956], белков по методам биохимического исследования растений [Ермаков, 1972; Плешков, 1976]. Содержание зеленных пигментов определяли спектрофотометрическим методом на СФ-46 и СФ SPEKOL 1300. В качестве индикатора состояния фотосинтетических мембран использовали метод термоиндуцированных изменений нулевого уровня флуоресценции хлорофилла [Гаевский и др., 1991; Нестеренко и др., 2001]. В качестве источника возбуждения использовали монохроматор МУ. Величина входной и выходной щели монохроматора составляла 1 мм. Исследуемый объект помещали в кювету прибора и заливали отстоянной водопроводной водой. Период темновой адаптации составлял 5 минут. Нагрев образцов проводили со скоростью 6 град/мин в диапазоне 30-70 ⁰С. Все данные нормировали по величине F₀ (нулевой уровень флуоресценции) при 30⁰С. Флуоресценцию измеряли при длине волны 685 нм. Чтобы уменьшить влияние возрастной гетерогенности тканей на проводимые измерения, использовали высечки из средней части листа [Гольд и др., 1984; Нестеренко и др., 2001]. Рассчитывали вариабельную флуоресценцию - R₁, термоустойчивость и соотношение максимумов кривой - R₂, поскольку отсутствовал второй максимум брали значения флуоресценции при 65⁰С. Термоустойчивость определяли путем построения биссектрисы из места пересечения касательных к термограмме, приложенных в участках минимального и максимального роста флуоресценции.

Исследование ультраструктуры срезов корня с помощью электронной микроскопии проводили, используя общепринятые методы подготовки препаратов в институте биофизики СО РАН г. Красноярск [Паушева, 1970, Ченцов, 2004].

Оценку достоверности различий по критерию Стьюдента для уровня вероятности не менее 95 % проводили с использованием пакета программ Microsoft Excel 2000.

В четвертой главе рассмотрено влияние света на соотношение фотосинтеза и дыхания у растений пшеницы и овса на начальных этапах онтогенеза.

Исследования показали, что длительность светового периода оказывает существенное влияние на интенсивность фотосинтеза и дыхания растений. Газообмен надземной части растений пшеницы и овса, выращенных на непрерывном освещении и фотопериоде, различается по интенсивности фотосинтеза и дыхания. Самая высокая дыхательная активность и наибольшая интенсивность истинного фотосинтеза наблюдается у проростков, выращенных при непрерывном освещении, а затем, по мере уменьшения относительной скорости роста, эти величины быстро снижаются (рис.1, 2, 3, 4).

Влияние светового периода на интенсивность газообмена зависит от видовой специфики растений, она достоверно выше у пшеницы, выращенной как на непрерывном освещении, так и фотопериоде.

Отношение дыхания к истинному фотосинтезу от стадии всходов до стадии 3-его листа у растений уменьшается, значительное уменьшение этого показателя наблюдается от всходов к стадии 1-го листа, т.е. к моменту формирования у растений фотосинтетического аппарата и уменьшения доли гетеротрофных тканей (табл. 1).

Рис. 1 - Интенсивность дыхания (R, мл СО₂/г·ч) надземной части растений пшеницы (1) и овса (2), выращенных на непрерывном освещении (а) и фотопериоде (б)

Рис. 2 - Интенсивность истинного фотосинтеза (P_i, мг СО₂/г сухого вещества•ч) надземной части растений: - - пшеницы, выращенной на непрерывном освещении, ???? - пшеницы, выращенной на фотопериоде; ?•? - овса, выращенного на непрерывном освещении,??? - овса, выращенного на фотопериоде;

Рис. 3 - Изменение относительной скорости роста надземной системы пшеницы (1), выращенной на непрерывном освещении (а) и на фотопериоде (б)

Рис.4 - Изменение относительной скорости роста надземной системы овса (2), выращенного на непрерывном освещении (а) и на фотопериоде (б)

Таблица 1 - Доля дыхательных затрат от истинного фотосинтеза (R/P_i , %)

По результатам исследований интенсивность дыхания роста варьирует от всходов к третьему листу (рис.5).

Рис.5. Интенсивность дыхания роста (R_g, мл СО₂/г•ч) целого растения пшеницы (1) и овса (2), выращенных на непрерывном освещении (а) и на фотопериоде (б)

Доля дыхания роста от суммарного дыхания незначительна по сравнению с дыханием поддержания, которая включает энергию, необходимую для ресинтеза тех веществ, которые претерпевают обновление в процессе обмена веществ, поддержания в клетках должной концентрации ионов и величины рН, сохранения внутриклеточного фонда метаболитов против градиента концентрации, поддержания функционально активного состояния структур [Голик, 1990, Головко, 1999 и др.]. На стадии всходов доля дыхания поддержания в суммарном дыхании составляет в среднем ? 80 - 90 % (табл. 2). На этот показатель вновь большое влияние оказывает длительность светового периода. Интенсивность дыхания поддержания и суммарного дыхания снижается от всходов к третьему листу.

Таблица 2 - Доля дыхания поддержания в общем дыхании растений

Коэффициенты дыхания роста и дыхания поддержания непосредственно отражают процессы дыхания роста и дыхания поддержания (табл. 3). Коэффициент дыхания поддержания отражает, по крайней мере, два процесса превращения углерода; один является истинным дыханием поддержания созданных структур, а второй связан с мобилизацией ранее запасенных продуктов фотосинтеза на экспорт к акцептору [Головко, 1999]. Коэффициент дыхания поддержания у исследуемых растений уменьшается от всходов к третьему листу, что характерно для надземной части, корневой системы и целого растения. Особенно резкие изменения коэффициента (c) отмечены для надземной части растений, выращенных на непрерывном освещении. Растения пшеницы, выращенные на непрерывном освещении, отличались наиболее высокими коэффициентами дыхания поддержания (табл. 3).

Таблица 3 - Коэффициенты дыхания поддержания (с) и дыхания роста (k)

Причиной уменьшения величины (с) может быть снижение концентрации белка, поступающего из запасных тканей зародыша. Коэффициент дыхания поддержания в онтогенезе наиболее подвержен действию внешних факторов среды, поэтому он варьирует в течение вегетации, зависит от вида растения, его органа, стадии роста и условий выращивания.

Согласно данным, полученным рядом авторов, значения коэффициента дыхания роста варьируют в пределах от 0,15 до 0,5. Известно, что в начале вегетации преобладает синтез азотистых веществ, а затем происходит перестройка метаболизма с преимущественным синтезом углеводов. В связи с тем, что энергетические затраты на продуцирование единицы веса азотистых соединений выше, чем при синтезе этого же количества углеводов, изменение направленности синтеза может привести к снижению коэффициента дыхания роста. По результатам данного исследования какой-либо динамики для этого показателя у растений пшеницы и овса обнаружить не удалось, вероятно, это связано с нестабильностью химического состава растений на начальных этапах роста и переходом растения от гетеротрофного типа питания к автотрофному

В пятой главе рассматривается вопрос об участии света в регуляции соотношения дыхания и фотосинтеза у 5-6 - дневных проростков гороха.

Интенсивность видимого и истинного фотосинтеза, а также биомасса целого растения выше на непрерывном освещении, чем на фотопериоде. На непрерывном освещении и фотопериоде коэффициенты дыхания роста составили 0,23 и 0,28, дыхания поддержания - 0,019 и 0,020, соответственно (табл. 4). Так как на начальных этапах онтогенеза питание проростков носит гетеротрофный характер и осуществляется за счет мобилизации запасных соединений, поэтому энергетические и пластические потребности роста в первую неделю обеспечиваются исключительно дыханием. У 5-6 - дневных проростков гороха доля дыхания от фотосинтеза высока и составляла на фотопериоде 82%, а на непрерывном освещении - 66%, однако, на фотопериоде отмечается некоторое увеличение данного отношения, что, возможно, связано с большей долей гетеротрофных тканей у растений, выращенных на фотопериоде, о чем свидетельствует и увеличение доли дыхания поддержания в общем дыхании на фотопериоде и уменьшение отношения дыхания роста к дыханию поддержания.

Таблица 4 - Коэффициенты дыхания 5-6 - дневных проростков гороха

На основании экспериментальных данных было рассчитано соотношение между дыхательными затратами и интенсивностью поступления ассимилятов в корневую систему растений, выращенных на фотопериоде и при непрерывном освещении, эта величина составляла 0,55 и 0,47, соответственно.

По полученным данным построено процентное распределение СО₂ между корневой системой и надземной частью растения, выращенных на непрерывном освещении и фотопериоде (рис. 6). Показано, что длительность светового периода оказывает существенное влияние на усвоение и перераспределение СО₂.

Рис. 6. Процентное распределение СО₂ у 5-6 - дневных проростков гороха, выращенных в условиях светокультуры

Примечание: P_i - истинный фотосинтез, R - интенсивность дыхания, R_m - интенсивность дыхания поддержания, R_g - интенсивность дыхания роста, T - количество ассимилятов.

В шестой главе показано влияние микроорганизмов-антагонистов на рост и развитие: томатов, злаков, амаранта, хвойных.

Грибы рода Trichoderma и ростовые процессы томатов

Исследования показали, что T. harzianum достоверно повышает энергию прорастания и грунтовую всхожесть семян на 10 и 5 % в прокаленной почве и на 12 и 7 % - в непрокаленной почве при любом способе интродукции гриба. Установлено, что при опудривании семян спорами триходермы появление всходов, цветение и образование плодов происходило на 7 - 8 суток раньше в сравнении с другими вариантами. Масса плода в среднем на 18 % была больше по сравнению с контрольным вариантом, а количество генеративных органов на одном растении в 2 раза превышало соответствующее значение в контроле (табл. 5), происходило уменьшение численности микромицетов в ризосфере томатов (табл. 6) и снижение инфицируемости растений (табл. 7).

Таблица 5 - Влияние гриба Trichoderma harzianum на некоторые параметры томатов

При выращивании томатов в прокаленной почве наблюдается нарастание общей численности грибов. Внесение в ценоз спор грибов рода Trichoderma harzianum снижает численность микофлоры независимо от метода внесения.

Таблица 6 - Влияние Trichoderma harzianum на численность микобиоты ризосферы томатов (1Ч10³ кое ? г^-1 почвы)

Примечание. Посев семян: I -необработанных, II - обработка методом опудривания спорами гриба, III - в почву, обработанную суспензией спор гриба, контроль - исходная почва

Иная закономерность динамики численности микофлоры ризосферы томатов отмечается на непрокаленной почве. При выращивании томатов без внесения триходермы численность микромицетов в ризосфере достоверно не изменяется во все сроки вегетации. Внесение гриба-антагониста приводит к значительному снижению микромицетов. Уже через 7 сут вегетации количество микромицетов достоверно уменьшается в 3 раза в варианте с обработкой семян и в 1,4 раза при обработке почвы суспензией (табл. 7).

Таблица 7 - Влияние способа внесения Trichoderma harzianum на инфицируемость корней фитопатогенными грибами, % от общего числа

Примечание. Посев семян: I -необработанных, II - обработка методом опудривания спорами гриба, III - в почву, обработанную суспензией спор гриба, контроль - исходная почва

Рис. 7. Соотношение количества изолятов почвенных грибов (%) в ризосфере томатов при различных способах внесения триходермы

Примечание: А - прокаленная почва, Б - непрокаленная почва, В - контроль. I - посев необработанных семян, II - обработка семян методом опудривания, III - обработка почвы суспензией спор. 1 - Penicillium, 2 - Aspergillus, 3 - Mucor, 4 - Cladosporium, 5 - Fusarium, 6 - Alternaria, 7 - Botrytis, 8 - Pythium, 9 - Trichoderma, 10 - прочие

Положительное влияние грибов рода триходерма отмечается и в изменении качественного состава микобиоты ризосферы томатов. Возбудители корневой гнили: Fusarium, Alternaria, Botrytis, Pythium в вариантах с внесением триходермы в ризосферу растений либо не были обнаружены, либо выделялись, о в меньших количествах, чем в почвах без внесения спор гриба Trichoderma (рис.7).

Таким образом, внесение антагониста Trichoderma harzianum в почву уменьшает численность фитопатогенных микромицетов, что приводит к снижению инфицируемости растений, стимулирует рост и развитие растений.

Влияние микроорганизмов антагонистов на рост и развитие злаков

В опытах с пшеницей и ячменем стимулирующий эффект микроорганизмов-антагонистов проявляется уже на самых ранних стадиях развития растений. Обработка семян спорами Trichoderma sp. МГ-97 достоверно увеличивает энергию прорастания в среднем на 15 %, а всхожесть -на 10 %, Pseudomonas fluorescens - на 10 % и 8 %, соответственно (рис. 8).

Рис. 8. Влияние микроорганизмов на энергию прорастания и на грунтовую всхожесть ячменя: а - необработанные семена, б - семена, опудренные спорами Trichoderma sp. МГ-97, в - семена, обработанные Pseudomonas fluorescens; сорта: 1 - Агул-2, 2 - Баджей, 3 - Красноярский - 80, 4 - Лазурит, 5 -Соболек, 6- У-96-1050

Под действием Trichoderma sp. МГ-97 и Pseudomonas fluorescens увеличивается длина надземной части и корневой системы, сырая и сухая биомасса, объем корневой системы, количество листьев (табл. 8).

Таблица 8 - Влияние микроорганизмов - антагонистов на ростовые процессы 21-дневных проростков ячменя

Исследуемые микроорганизмы оказывают положительное влияние на продуктивность исследуемых растений: под их действием увеличивается общая и продуктивная кустистость, а также масса зерна с одного растения, причем наибольший эффект наблюдается на менее потенциально продуктивных сортах ячменя (табл. 9).

Таблица 9 - Влияние микроорганизмов-антагонистов на продуктивность различных сортов ячменя

Методом электронной микроскопии получены микрофотографии, подтверждающие взаимодействие гифов гриба Trichoderma sp. МГ - 97 с внешними тканями растения (рис. 9). Поперечный разрез образца корня, взятый из молодого растения пшеницы, выращенного из семян, обработанных спорами гриба - антагониста, выявил, что гриб Trichoderma sp. МГ - 97 взаимодействует с клетками корня зависимого растения. Удержание грибных клеток на корешке осуществляется с помощью слизеподобных веществ, выделяемых грибом, способных достаточно прочно удерживать гриб на поверхности корня.

Рис. 9. Взаимодействие гриба рода Trichoderma sp. МГ-97 и растения пшеницы (поперечный разрез корня): Увеличение в 12000 раз. 1 - споры Trichoderma sp. МГ-97, 2 - клеточная стенка, 3 - слизеподобное вещество, выделяемое Trichoderma sp. МГ-97

При оценке эффективности микроорганизмов как антагонистов и стимуляторов ростовых процессов учитывали не только внешние параметры растений, но и изучали их влияние на пигментный состав растений, выращенных в различных условиях, содержание белков, углеводов, о влиянии триходермы на фотосинтетический аппарат судили по ТИНУФ (термоиндуцированные изменения нулевого уровня флуоресценции) хлорофилла. Рассчитывали вариабельную флуоресценцию (R1), термоустойчивость исследуемых растений и соотношение гранальной и агранальной структуры хлоропластов (R2).

Гриб антагонист увеличивает содержание углеводов (рис. 10) и белков у пшеницы и ячменя (рис. 11).

Грибы рода Trichoderma sp. МГ-97 оказывают положительное влияние на содержание зеленых пигментов, установлено, что соотношение хлорофиллов а и b в опытных вариантах ниже, чем у контрольных растений, что указывает на большую активность у них фотосистемы II (табл.10).

Рис. 10. Влияние Trichoderma sp.МГ-97 на содержание углеводов у пшеницы сортов «Жница» (а,б) и «Веснянка» (в,г): а, в - необработанные семена; б, г - семена, обработанные методом опудривания спорами гриба

Рис. 11. Влияние Trichoderma sp. МГ-97 на накопление белков у пшеницы сортов «Жница» (а, б) и «Веснянка» (в, г): а, в - необработанные семена; б, г - семена, обработанные методом опудривания спорами гриба

Таблица 10 - Содержание зеленых пигментов в растениях пшеницы, выращенной в условиях светокультуры.

Примечание: контроль - семена необработанные Trihoderma sp. МГ-97, опыт - семена, обработанные методом опудривания спорами данного гриба.

Исходя из результатов термоиндуцированной флуоресценции хлорофилла растений, сделано заключение, что растения, обработанные спорами гриба Trichoderma, обладают большей термоустойчивостью. У растений, семена которых были обработаны спорами гриба, независимо от условий выращивания преобладает гранальная организация хлоропластов в сравнении с контрольными растениями. Результаты исследований показали высокие значения вариабельной флуоресценции в обработанных триходермой растениях. В опытных вариантах эффективность использования световой энергии ФС II выше (табл. 11).

Таблица 11 - Термоиндуцированные изменения нулевого уровня флуоресценции хлорофилла у пшеницы, выращенной в условиях естественного освещения

Примечание: контроль - растения, семена которых не обработаны спорами триходермы, опыт - растения, семена которых обработаны методом опудривания спорами гриба; R1 - вариабельная флуоресценция, R2 - соотношение гранальной и агранальной структуры хлоропластов.

Таким образом, микроорганизмы - антагонисты положительно действуют на всхожесть и энергию прорастания семян различных сортов пшеницы и ячменя. Антагонисты положительно влияют на физиолого-морфологические параметры растений и урожайность, независимо от их сортовой принадлежности. Trichoderma sp. МГ-97 оказывает стимулирующее действие на накопление белков, углеводов и хлорофилла растением, на соотношение гранальной и агранальной структуры хлоропластов. Методом электронной микроскопии показан процесс непосредственного взаимодействия триходермы с растениями.

Роль грибов рода Trichoderma в жизнедеятельности амаранта

При обработке семян амаранта спорами гриба Trihoderma harzianum получен наибольший эффект. Все исследуемые параметры исследуемых растений выше по сравнению с контролем: увеличилась сырая и сухая биомасса, длина надземной и корневой систем, количество листьев (рис. 12). Объем корневой системы увеличился у гибрида К-65 на 48 %, у К-45913 на 51,7 % - в условиях светокультуры, на 36,6 % и 40,6 %, соответственно, в открытом грунте. Содержание углеводов у опытных вариантов увеличилось более чем в 1, 5 раза.

Рис. 12. Влияние Trihoderma harzianum на ростовые процессы амаранта, выращенного в условиях светокультуры: А - опытный вариант, В - контрольный вариант

При обработке семян спорами триходермы появление всходов происходило раньше по сравнению с контрольным вариантом.

Обнаружено, что у амаранта гибрида К - 65, выращенного в условиях светокультуры, содержание зеленых пигментов в опытном варианте увеличилось на 56,6 %, а у амаранта гибрида К - 45913, семена которого были обработаны спорами T. harzianum и выращенного в естественных условиях, общее содержание хлорофилла возросло более, чем в два раза. T. harzianum способствовала интенсивному росту растений. Достоверных различий по действию триходермы на параметры ТИНУФ обнаружить не удалось, что, вероятно, связано с особенностями метаболизма исследуемого растения, с его пластичностью и легкой адаптируемостью к различным условиям обитания.

Взаимоотношения микроорганизмов-антагонистов с голосеменными растениями. Эксперименты с голосеменными растениями: сосна, лиственница, ель, проведенные в условиях лесопитомника, защищенного грунта, светокультуры, показали, что микроорганизмы - антагонисты: Trichoderma harzianum, Pseudomonos fluorescens и препараты, изготовленные на их основе, стимулируют ростовые процессы растений: достоверно увеличивалась длина надземной части и корневой системы, биомасса сеянцев, содержание зеленых пигментов (рис. 13).

Рис. 13. Влияние Trichoderma harzianum на ростовые процессы сосны обыкновенной в условиях защищенного грунта: ко...