Микроорганизмы, ассоциированные с растениями, играют важную роль в сельскохозяйственном производстве. Хотя различные исследования показали, что отдельные микроорганизмы могут оказывать благотворное влияние на растения, становится все более очевидным, что при участии микробного консорциума - двух или более взаимодействующих микроорганизмов - следует ожидать дополнительных или синергетических результатов. Частично это происходит из-за того, что несколько видов выполняют множество задач в такой экосистеме, как ризосфера

Группа ученых из Мексики и Канады в своей статье «Стимуляция роста растений консорциумами микробов», опубликованной на портале MDPI, рассмотрела полезные механизмы стимуляции роста растений (например, повышение доступности питательных веществ, модуляция фитогормонов, биоконтроль, устойчивость к биотическим и абиотическим стрессам), осуществляемые различными микробными игроками в ризосфере.

Взаимодействие бактерий, способствующих росту растений (PGPB) и грибов (таких как Trichodermaи Mycorrhizae), должно стать поводом к новым исследованиям полезной активности различных смесей микроорганизмов.

«Сегодня существует потребность в производстве продовольствия для более чем 7 миллиардов человек на планете, и ожидается, что к 2050 году численность мирового населения достигнет около 9,5 миллиардов. – Пишут авторы. - К сожалению, способы увеличения производства различных сельскохозяйственных систем в подавляющем большинстве стран не являются устойчивыми. Сельскохозяйственные почвы, прямо или косвенно, постоянно теряют свое качество и физические свойства (структуру почвы, проницаемость, пористость и дренаж), а также свое химическое (дисбаланс питательных элементов) и биологическое (полезные организмы) здоровье. В случае почвенной микробиоты пестициды могут снижать их численность и разнообразие полезных микроорганизмов.

В некоторых случаях использование смеси двух или более совместимых микроорганизмов разных видов (или штаммов) способствует благоприятным дополнительным или синергетическим результатам, поскольку отсутствие активности у одного добавленного микроба может быть получено через действие другого.

Эти новые подходы «инженерии микробиома растений», заключающиеся в добавлении эффективных биоинокулянтов, создают новые структурированные биологические сети в различных типах почв, пополняя естественный микробиом, который был сокращен практикой одомашнивания сельскохозяйственных культур.

В данной работе рассматривалась стратегия создания микробных консорциумов между бактериями Trichoderma и грибов арбускулярной микоризы для стимуляции роста растений. Предполагается, что данная стратегия значительно повысит продуктивность сельского хозяйства.

Микроорганизм, способствующий росту растений (PGPM) - термин, применяемый ко всем микроорганизмам (например, бактериям, актиномицетам, грибам и водорослям), оказывающим благотворное влияние на рост растений за счет действия прямых или косвенных механизмов. Они увеличивают урожайность различных культур, улучшают плодородие почвы, способствуют разнообразию и взаимодействию с другими полезными микроорганизмами, подавляют рост и инфекционное действие потенциальных патогенов и в целом поддерживают устойчивость систем.

Различные исследования показали, что микробные консорциумы обычно могут выполнять задачи лучше, чем отдельные штаммы.

Первые коммерческие биоинокулянты включали отдельные биологические агенты, такие как ризобиальные бактерии, которые могут образовывать клубеньки на корнях бобовых растений и тем самым связывать атмосферный азот, способствуя росту и развитию растений. К сожалению, эффективность этого типа биоинокулянта ограничена тем, что он может принести пользу только бобовым.

В некоторых случаях бобовые, такие как Phaseolus vulgaris (фасоль), культивируются совместно с небобовыми культурами, такими как Cucurbita pepo (цукини) или Zea mays (кукуруза). В этих случаях применение бактериального консорциума, такого как Rhizobium плюс Pseudomonas или Bacillus, или бактериально-грибного консорциума, такого как Rhizobium плюс Trichoderma или штамм микоризы, может принести пользу трем вышеупомянутым овощным культурам. Это увеличение роста растений может происходить за счет обеспечения большего количества усваиваемых питательных веществ (таких как P, Fe и N).

Биоинокулянты на основе микробных консорциумов могут включать бактерии разных видов, в то время как другие включать как полезные бактерии, так и грибы. Применение различных видов PGPM с различными механизмами действия должно обеспечить широкий спектр преимуществ для растения, включая прямую стимуляцию его роста и здоровья, а также увеличение продуктивности. Кроме того, можно ожидать снижения заболеваний, вызываемых патогенами.

Известны два типа бактериальных консорциумов - простые и сложные.

Различия заключаются в стратегии или протоколе ферментации (производство большой популяции бактерий для последующего превращения в инокулянт), где штаммы выращивают индивидуально или в комбинации с другими видами / штаммами в подходящей среде для всех видов PGPB.

Это важный этап, поскольку большее количество видов обычно приводит к большему количеству взаимодействий между штаммами, что приводит к различиям в секреции метаболитов. С другой стороны, успех бактериальных консорциумов в полевых условиях зависит от типа и функции используемых штаммов, где некоторые аспекты требуют особого внимания, включая адаптацию к неблагоприятным климатическим условиям, выживаемость и стойкость в почве после инокуляции.

Выбор этих штаммов зависит от источника выделения штаммов, поскольку членам консорциума необходимо размножаться в условиях окружающей среды (тип почвы, климат и хозяин), где они будут применяться.

Кроме того, важно отметить, что, когда два или более штамма являются частью бактериального консорциума, каждый штамм не только функционально конкурирует с другими за стимуляцию роста растений, но также дополняет другие в деле улучшении здоровья почвы и / или укоренения растений.

Ключевым фактором, влияющим на благотворное влияние бактериальных консорциумов, является взаимодействие между их членами, гарантирующее стабильное долгосрочное сосуществование.

Бактериальные взаимодействия внутри консорциума можно разделить на три типа в зависимости от их воздействия друг на друга: (i) стимулирующее или положительное, (ii) тормозное или отрицательное, или (iii) нейтральное.

Положительные взаимодействия обычно создают сеть для поддержки отдельных членов посредством перекрестного кормления, когда одна бактерия использует продукты метаболизма, произведенные другим членом консорциума.

Негативные взаимодействия приводят к подавлению бактериальных членов консорциума, разрушая структуру сообщества и его функционирование. Они включают аменсализм, хищничество, паразитизм и конкуренцию.

Аменсализм - это тип однонаправленного взаимодействия, при котором на рост одного из членов влияет продукция токсичных соединений его партнером.

Хищничество и паразитизм описывают взаимодействия, при которых рост одного вида зависит от потребления другого вида, так что динамика популяции часто демонстрирует непрерывные колебания.

Конкуренция возникает, когда членам консорциума нужен один и тот же ресурс, будь то питательные вещества, вода или даже пространство; следовательно, со временем доминирует быстрорастущий вид.

При нейтральном взаимодействии члены консорциума не влияют и не влияют друг на друга. Нейтралитет возникает, когда два вида потребляют разные вещества (различия в питании) и ни один из них не производит соединения, ингибирующие других членов консорциума.

В сельском хозяйстве члены консорциумов должны положительно взаимодействовать, где мутуалистический рост желателен для стабильной производительности при продолжительном культивировании, чтобы получить ожидаемый положительный эффект при применении на культуре. В этом отношении бактериальная коммуникация в настоящее время понимается только поверхностно и нуждается в дальнейшем изучении.

Несколько исследований продемонстрировали, что широкий спектр свободноживущих ризосферных и эндофитных бактерий способен усиливать процессы образования клубеньков и азотфиксации некоторых штаммов ризобий, что приводит к усилению роста бобовых растений. Сюда относятся бактерии, принадлежащие к Firmicutes (например, Bacillus, Paenibacillus), Proteobacteria (например, Pseudomonas, Azospirillum, Pantoea), актинобактерии (например, Streptomyces, Nocardia), флавобактерии и некоторые цианобактерии.

Также комбинации различных видов Trichoderma с PGPB оказались более эффективными, чем один микроорганизм . Например, совместная инокуляция T. harzianum и Serratia proteamaculans оказала положительное влияние на рост томатов, увеличивая общую биомассу.

Кроме того, при совместной инокуляции T. harzianum с различными штаммами PGPB на растениях мяты (Mentha arvensis), в частности, штамм Brevibacterium halotolerans показал хороший синергетический эффект с T. harzianum при измерении биомассы растений в полевых экспериментах по сравнению с однократной инокуляцией.

Успех бактериального взаимодействия в консорциуме зависит от (i) надлежащего описания консорциума, таксономической принадлежности штаммов и протоколов идентификации, (ii) подробного объяснения того, как был создан консорциум, (iii) полного заявления чувствительных параметров, таких как физико-химические параметры почвы и точная применяемая дозировка, и (iv) сосуществование соответствующих живых популяций каждого вида, что влияет на успешность инокулированного консорциума.

Отметим, что наряду с увеличением количества агрохимикатов, изменение климата также создает неблагоприятные стрессовые условия для микробного взаимодействия в агроэкосистемах.

Стрессовые условия нарушают морфологию, физиологию, биохимию и регуляцию генов растений, а также микробные и физико-химические свойства почвы, что приводит к значительной потере урожая.

Различные типы стресса можно разделить на биотический и абиотический, при котором биотический стресс вызывается живыми организмами, включая вирусы, бактерии, грибы, нематоды, насекомых и сорняки, а абиотические стрессы подразумевают экстремальные температуры, засуху, загрязнители окружающей среды и соленость.

Полезные бактерии могут способствовать поддержанию внутренней устойчивости растения к этим проблемам; следовательно, инокуляция растений консорциумами бактерий снижает негативное влияние биотических или абиотических стрессовых условий на посевы.

Однако необходимы новые подходы для изучения взаимодействий «бактерии-бактерии» и «растения-бактерии» в условиях абиотического и биотического стресса для выявления потенциально устойчивых к стрессу микроорганизмов для улучшения роста растений и устойчивости к болезням.

В целом, комбинация PGPB, микоризных грибов и агентов биоконтроля, таких как Trichoderma spp. предлагает стратегию, которую следует использовать в коммерческих целях, чтобы обеспечить растения полным «пакетом преимуществ»: увеличение биомассы растений и урожайности, устойчивость к абиотическим стрессам, биоконтроль фитопатогенов и лучшее усвоение питательных веществ».

(Источник: www.mdpi.com).