Глобальному урожаю картофеля по-прежнему угрожает возбудитель фитофтороза патоген Phytophthora infestans, который ведет к высыханию стеблей и листьев и гниению клубней, что представляет огромный риск для безопасного производства картофеля. Фитофтороз картофеля стал значительным бременем, по скромным оценкам, ежегодно наносит более 6 миллиардов долларов США в плане управления и экономических потерь. В настоящее время профилактика и борьба с фитофторозом по-прежнему в основном основываются на синтетических фунгицидах, но вместе с тем идут поиски экологически чистых альтернатив, особенно в области биологического контроля, которые стали объектом значительного внимания и интереса.
Полезные микроорганизмы, как важные компоненты природных экосистем, играют критически важную роль в повышении продуктивности и здоровья растений.
В целях борьбы с фитофторозом были изучены и описаны несколько антагонистических микроорганизмов, включая Trichoderma harzianum HNA14, Bacillus megaterium WL-3, Bacillus velezensis SDTB038, Rhodopseudomonas palustris GJ-22, Myxococcus xanthus B25-I-1 и Pseudomonas fluorescens LBUM636, которые являются потенциальными агентами биологического контроля.
В последнее время эффективность видов Bacillus, в частности штаммов B. velezensis, в борьбе с болезнями растений привлекла значительное внимание.
Примечательно, что помимо хорошо изученного B. velezensis SDTB038, все большее число штаммов B. velezensis проявили надежные антиоомицетные свойства против P. infestans, такие как B. velezensis VB7, B. velezensis AFB2-2, B. velezensis SQR9 и другие штаммы.
Антагонистические микроорганизмы играют важную роль в ингибировании роста мицелия P. infestans.
Эти антагонистические микроорганизмы могут секретировать отдельные соединения или смеси молекул с различными способами действия, которые эффективно борются с распространением P. infestans.
Несмотря на наличие многочисленных штаммов Bacillus velezensis, исследований, сосредоточенных на генетическом улучшении и функциональной оптимизации улучшенных штаммов, по-прежнему недостаточно. Этот пробел в знаниях ограничивает полное использование их потенциала биологического контроля и препятствует разработке экологически устойчивых и эффективных стратегий борьбы с вредителями.
Растения и микроорганизмы имеют сложные взаимоотношения, которые могут принести большую пользу обеим сторонам. Эти взаимодействия могут улучшить приспособленность растений с помощью различных механизмов, которые способствуют росту, снятию стресса и защите от патогенов.
В области полезных микроорганизмов в ризосфере Bacillus spp. выделяются как одни из наиболее широко изученных.
Выделение группы Bacillus velezensis из многих растений, ризосфер и почв показало, что у них есть мощные механизмы выживания в природе. Накоплены доказательства, показывающие, что бактерии из группы B. velezensis могут выделять несколько метаболитов, участвующих в хелатировании металлов, инсектицидной и нематицидной активности, образовании биопленки, индукции устойчивости растений к стрессу и инициировании сигнализации микробных клеток.
Исследования изолятов группы B. velezensis на растениях предполагают, что использование этих признаков в коммерческих формулах для зеленого и регенеративного сельского хозяйства будет расширено. Однако имеется лишь несколько сообщений об использовании разработанных биоагентов для подавления P. infestans.
В ходе исследования, которое выполнила команда исследователей из Университета Хэйлунцзян, Хэйлунцзянской академии сельскохозяйственных наук и Станции защиты сельскохозяйственной среды и возделываемых земель провинции Хэйлунцзян, штамм B. velezensis был тщательно изучен на предмет его надежных ингибирующих свойств против P. infestans в контролируемой лабораторной среде.
Основными целями исследования были:
(1) оценить способность штамма X3-2 ингибировать рост мицелия P. infestans и его эффективность в борьбе с фитофторозом картофеля с помощью эксперимента в горшке;
(2) идентифицировать штамм X3-2 с помощью 16S рДНК и детализировать его морфологические и биохимические особенности;
(3) охарактеризовать антагонистические вещества X3-2 с помощью анализа двойной культуры;
(4) продемонстрировать, что штамм X3-2 может стимулировать устойчивость клубней и листьев картофеля к P. infestans.
Для получения антагонистических бактерий с высоким эффектом биологического контроля против фитофтороза картофеля, в общей сложности 16 антагонистических бактериальных штаммов со степенью ингибирования более 50% против P. infestans были отобраны из почвы ризосферы картофеля методом двойной культуры, среди которых бактериальный изолят (X3-2) имел самую сильную ингибирующую активность против P. infestans со степенью ингибирования 81,97 ± 4,81% соответственно и широким спектром ингибирующей активности.
Бактериальный изолят (X3-2) был идентифицирован как Bacillus velezensis на основе его последовательности гена 16S рДНК и морфологических, а также биохимических свойств.
Результаты экспериментов in vitro показали, что X3-2 является мощным индуктором устойчивости клубней и листьев картофеля к фитофторозу. В тепличных экспериментах было подтверждено, что биологический препарат X3-2 проявляет антиоомицетный эффект, демонстрируя значительную эффективность контроля фитофтороза картофеля.
Дальнейшие анализы показали, что антагонистические вещества X3-2 распределяются как внутриклеточно, так и внеклеточно. Кроме того, скрининг на признаки, способствующие росту растений (PGP), показал, что X3-2 обладает способностью продуцировать сидерофоры и секретировать индолилуксусную кислоту.
Результаты этого исследования свидетельствуют о том, что B. velezensis X3-2 демонстрирует перспективность в качестве агента биологического контроля для борьбы с фитофторозом. Планируется более подробно изучить состав и механизм действия его антимикробных веществ, а также провести полевые испытания для оценки его фактического профилактического и контрольного действия.
По статье группы авторов (Пэйся Вэй, Мэнъин Гао, Шуан Чжоу, Гохуэй Лю, Пан Ван, Чуньгуан Лю, Фэншань Ян, Хайян Фу), опубликованной в журнале Agriculture 2024 на портале www.mdpi.com.
Заглавное фото: Лукьянов Дмитрий, AgroXXI.ru.