Производство перца сталкивается со значительными проблемами, связанными с патогенами, передающимися через почву, в частности, Phytophthora capsici, вызывающими корневую гниль и выпревание. Борьба с этим патогеном остается сложной из-за нехватки устойчивых сортов и неэффективности методов химического контроля, но микробный консорциум может помочь.
Среди фитопатогенов Phytophthora capsici представляет значительную угрозу для производства перца, вызывая серьезные потери урожая при благоприятных условиях, что приводит к экономическим последствиям, оцениваемым в миллиарды долларов ежегодно в мировом производстве этой востребованной культуры.
Факторы окружающей среды, такие как заболоченные почвы и высокая влажность, усугубляют вспышки этого агрессивного патогена, чьи быстрые механизмы адаптации и выживания делают его особенно сложным для управления. Инокулят обычно происходит из загрязненных почв, инфицированных растительных остатков, поливной воды или ранее инфицированной рассады, что позволяет патогену сохраняться и инициировать инфекцию при благоприятных условиях.
Этот патоген также поражает такие культуры, как томаты, огурцы и дыни, что подчеркивает его широкое значение в сельскохозяйственных системах по всему миру. Его распространенность варьируется в зависимости от климатических условий, типов культур и методов ведения сельского хозяйства, причем теплые и влажные регионы являются особенно уязвимыми. Химические фунгициды часто не обеспечивают устойчивого контроля из-за их воздействия на окружающую среду и появления резистентных штаммов.
Стратегии биологического контроля продемонстрировали потенциал микробных инокулянтов, особенно актиномицетов, таких как виды Streptomyces, которые известны своей мощной противогрибной активностью. Их эффективность объясняется продукцией разнообразных биоактивных вторичных метаболитов, как доказано на примере Streptomyces rochei IT20 и S. vinaceusdrappus SS14, оба из которых продемонстрировали значительный ингибирующий эффект против P. capsici, несмотря на их более медленные темпы роста.
Однако эта более медленная пролиферация ограничивает их конкурентное установление в ризосфере, показывая необходимость интеграции Streptomyces с быстрорастущими бактериальными штаммами для повышения эффективности колонизации и подавления патогенов.
Несмотря на эти многообещающие идеи, предыдущие исследования были сосредоточены на инокулянтах одного штамма или не содержали всесторонних оценок микробных консорциумов в условиях высокого давления заболеваний, что оставило существенные пробелы в понимании полного потенциала синергических микробных взаимодействий.
Таким образом, новое исследование международной группы ученых из Кореи (Национальный университет Кёнбук) и США (Калифорнийский университет в Риверсайде) было направлено на устранение упомянутых пробелов в устойчивом путем разработки консорциума ризобактерий, способствующих росту растений, (SynCom), состоящего из пяти штаммов бактерий — Bacillus sp. T3, Flavobacterium anhuiense T4, Cytobacillus firmus T8, Streptomyces roseicoloratus T14 и Pseudomonas frederiksbergensis A6 — все они выделены из ризосферы перца. В эксперименте с горшками оценивалось комбинированное воздействие SynCom на стимулирование роста растений и подавление заболеваний у растений перца в условиях высокого давления болезней, вызванных Phytophthora capsici.
Опираясь на предыдущие исследования, данная научная работа смещает акцент с применения одного штамма на SynCom. Более того, она направлено на устранение ключевого пробела в исследованиях, предлагая контролируемую экспериментальную структуру для оценки эффективности консорциумов в условиях давления болезней.
Бактериальные изоляты были получены из ризосферной почвы визуально здоровых растений перца, определяемых как растения, не показывающие симптомов заболевания (например, увядание, некроз, задержка роста) и демонстрирующие энергичный вегетативный рост. Эти растения находились на ранней стадии цветения, но еще не плодоносили на момент отбора проб.
Ризосферную почву последовательно разбавляли и высевали на триптический соевый агар, и колонии отбирали на основе морфологических различий. Для оценки потенциала биологического контроля отдельные изоляты были проверены на антагонистическую активность против патогена.
Каждый бактериальный изолят был нанесен штрихом на расстоянии 2 см от центральной 5-миллиметровой пробки активно растущего P. capsici, и зоны ингибирования измерялись через 5 дней инкубации при 25 °C. Эксперименты проводились в трех повторностях.
Из отобранных изолятов пять затем взяли для формирования бактериального консорциума на основе превосходных биохимических признаков: T14, который показал самую сильную антагонистическую активность; T3, с высокой фосфатной солюбилизацией; T4, с сильным производством сидерофоров; A6, с повышенным производством индол-3-уксусной кислоты и образованием биопленки; и T8, эффективный в производстве аммиака.
Хотя в некоторых штаммах были обнаружены дополнительные признаки, такие как производство хитиназы и липазы, состав консорциума отдавал приоритет функциональной комплементарности как для подавления патогенов, так и для стимулирования роста растений.
Члены SynCom продемонстрировали растворение фосфата, выработку индол-3-уксусной кислоты, активность каталазы, синтез сидерофоров и сильный антагонизм против P. capsici. SynCom снизил тяжесть заболевания и усилил рост растений перца.
Кроме того, полезные роды, такие как Bacillus, Fusicolla и Trichoderma, значительно увеличились в ризосфере перца после применения SynCom. Анализ функционального прогнозирования микробов показал, что эти микробные сдвиги были связаны с циклом азота и подавлением патогенов. Следовательно, подход SynCom демонстрирует эффективность микробных консорциумов в содействии росту растений, инфицированных патогенами, путем перепрограммирования микробного сообщества в ризосфере.
Работа опубликована в журнале Plants 2025. doi.org/10.3390/plants14111625
Заглавное фото: Лукьянов Дмитрий, AgroXXI.ru.