(Internet lnk)

О ПРОТРАВЛИВАНИИ СЕМЯН СОСНЫ ОБЫКНОВЕННОЙ В КОНТЕКСТЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ МЕЖДУ ВИДАМИ ИХ АУТОМИКРОФЛОРЫ

* Национальный университет биоресурсов и природопользования Украины

Сосна обыкновенная (Pinus sylvestris L.), как и преобладающее большинство хвойных пород, в естественных условиях возобновляется исключительно семенным путем. Поэтому качество семян значимо влияет на биологическую стойкость и продуктивность этой ценной лесообразующей породы.

Каждое семя имеет определенные биологические свойства, которые даже на одном дереве (в одной шишке) имеют некоторые морфолого-анатомические и физиолого-биохимические отличия. Это зависит от многих абиотических и биотических факторов, в т.ч. от количества и видового состава микроорганизмов (бактерий и грибов), которые заселяют семена, независимо от их происхождения и посевных качеств, являясь неотъемлемой компонентой здоровых органов растений, в том числе и семян. Аутомикрофлора, то есть нормальная микрофлора (сапротрофная и патогенная разной степени патогенности и вирулентности), которая находится внутри или на поверхности органов растений (семян), представлена различными в систематическом положении и по функциональным возможностям видами микроорганизмов и принимает непосредственное участие в метаболитических процессах. Эксперименты с растениями агрокультурценоза свидетельствуют, что непатогенные эпифитные и эндофитные микроорганизмы формируют динамическое равновесие в системе «сапротроф-патоген», стимулируют рост растений, осуществляя биоконтролирующую функцию через прямой антагонизм к патогенам или индуцируя систему резистентности к болезнетворному организму, ограничивая таким образом активность последнего. Некоторые бактериальные эндофиты защищают растения даже от нематод и вредных насекомых, повышают их стойкость к абиотическим факторам и т.д. Защитная роль фитопатогенных бактерий – эпифитов и эндофитов – проявляется даже относительно растения – хозяина: слабоагрессивный или авирулентный штамм повышает стойкость растения к высокоагрессивному штамму (клону) на фоне снижения агрессивности популяции. Механизм защиты достаточно сложный и происходит, по-видимому, не только за счет антагонистических свойств эпифитов и эндофитов к патогенам, а и конкуренцией между ними за питательные вещества.

Численность микроорганизмов-сапротрофов (эндофитов и эпифитов) в здоровых органах растений (семенах) на несколько порядков больше, чем патогенов, поэтому при таком количественном соотношении сапротроф/патоген у последнего почти полностью угнетается способность вызывать патологический процесс. Этим объясняется практическое отсутствие патогенов в микробиоте семян. Патогенные микроорганизмы находятся в растениях (семенах) в угнетенном состоянии, их достаточно сложно изолировать на питательные среды. Обычно в тканях здоровых органов растений их на 6-8 порядков меньше и всегда меньше пороговой концентрации, необходимой для начала инфекционного процесса. И это не связано с недостатком питательных веществ, а очевидно, обусловлено другими факторами, возможно, веществами сигнального типа, которые регулируют (ограничивают) размножение бактерий и образование ими токсинов – инструмента нападения на растения. Но для бактерий вообще и фитопатогенных в частности важно не столько их количество, сколько наличие: в благоприятных условиях фитопатогенные микроорганизмы могут очень быстро заполнить экологическую нишу до предельно возможной для них концентрации–10¹⁰ КОЕ•г^-1 (колониеобразующих единиц в 1 г ткани).

Нами из здоровых семян (всхожесть 85-98%, энергия прорастания – 83-98%, чистота – 94-100%, класс качества – І-ІІІ) изолированы действительные (облигатные) фитопатогенные (Pseudomonas syringae, Ervinia carotovora, E. nimipressuralis), оппортунистические (факультативные) фитопатогенные (Pseudomonas fluorescens, Pantoea agglomerans) и сапротрофные (Bacillus subtilis, B. рumilus, Paenibacillus polymyxa) бактерии, а также грибы из родов Mucor, Trichoderma, Aspergillus, Penicilium, Alternaria, Acremonium и дрожжи (р.Torula).

Среди функциональных групп микроорганизмов на поверхности здоровых семян преобладают аммонификаторы (в зависимости от партии семян количество КОЕ аммонификаторв варьировало в пределах 412 - 462 тысячи). В средине семян количество КОЕ аммонификаторов значительно меньше и варьирует в пределах от 39,8 до 105,6 тысяч. Общее соотношение спороносных бактерий – эпифитов к эндофитам зависит от партии семян и составляет от 17,9 до 56,3. В целом количество аммонификаторов-эпифитов в 3,2-4,7, а эндофитов в 1,2-2,3 раза больше общего количества всех других изучаемых нами микроорганизмов аутомикрофлоры здоровых семян сосны обыкновенной. При этом грибы в общем количестве микроорганизмов составляют 0,03% - среди эпифитов и 1,0-1,3% - среди эндофитов, хотя общее количество их преобладало среди эпифитов.

Изучение антагонистических (бактерицидных, бактериостатических) взаимоотношений как внутри видов, так и между видами бактерий и грибов

свидетельствует о том, что между компонентами микробиоты семян сосны нет четко выраженных антагонистических свойств. Так, фитопатогенные бактерии практически не угнетали сапротрофные бактерии ее семян: только в 2,3% случаев отмечено слабая антагонистическая активность патогенов к сапротрофам. Сапротрофы были более активны к патогенам – у 5,3% случаев отмечены микроорганизмы-антагонисты из зоны угнетения патогенов 3-5 мм. Незначительные зоны взаимного влияния не являются антагонистическими, однако они свидетельствуют о наличии у популяции потенциального антагонизма, который может измениться (усилиться или ослабиться) при изменении условий роста бактерий, в частности, при прорастании семян.

Среди патогенных бактерий наиболее чувствительны к изолятам микробной популяции семян представители облигатных патогенов - Pseudomonas syringae – возбудитель бактериозов многих растений, в т.ч. и лесных, и Ervinia carotovora – возбудитель мягких гнилей органов растений. Более стойкими к антагонистическим проявлениям, составляющими микробную ассоциацию семян сосны, организмами оказались сапротрофы и факультативные патогены, в частности, бактерия Pseudomonas fluorescens, которая является представителем почвенной микрофлоры и только при определенных условиях способна вызывать заболевание растений. Ни один из изученных штаммов грибов и бактерий, в том числе и коллекционных, не угнетал штаммы Paenibacillus polymyxa (эта сапротрофная бактерия проявляет наибольший антагонизм к патогенам – 22,4% изученных взаимоотношений этой бактерии имели антагонистический характер; аналогично проявляет себя и сапротроф Bacillus subtilis). Не выявлено влияния неспороносных бактерий (среди них наибольшее количество патогенов растений) на спороносные. В то же время спороносные в той или иной степени угнетали рост неспороносных штаммов бактерий, то есть антагонистическая активность в большей мере выражена у спороносных (сапротрофных относительно сосны - на сосне спороносные бактерии как возбудители болезней не выявлены) бактерий, чем у неспороносных.

В отличие от бактерий, микромицеты, изолированные из семян сосны обыкновенной, проявляли большую антагонистическую активность относительно фитопатогенных бактерий. Наиболее активными были представители рода Penicillium. Активность грибов родов Aspergillus и Acremonium была избирательной: они не задерживали рост Ervinia carotovora и незначительно угнетали Agrobacterium tumefaciens (коллекционный штамм, из семян сосны не изолирован) и Pseudomonas fluorescens. Ко всем видам грибов наиболее чувствительными были Pseudomonas syringae и коллекционные штаммы Xantomonas campestris Clavibacter michiganensis (на сосне не обнаружены). Относительно обратного влияния, нами не установлена антигрибная активность фитопатогенных бактерий. Можно предположить, что в природе фитопатогенные бактерии вне патологического процесса не влияют на рост микромицетов.

Таким образом, микробиота семян (семени) – сложная саморегулирующаяся система, в основе которой лежит миграция веществ и энергии. Любые изменения в организме питательного растения под воздействием тех или других факторов неизбежно отражаются на его взаимоотношениях с аутомикрофлорой, обуславливают нарушение динамического равновесия между отдельными группами микроорганизмов, что может привести (и часто приводит) к патологическим проявлениям на органах растений, в т.ч. и на семенах. Такие изменения вызывает химическое (да и биологическое) протравливание, которое сегодня является неотъемлемой составляющей в технологии подготовки семян сосны (и не только сосны) к посеву и направлено на подавление патогенов. Но химические и биологические пестициды ингибируют не только патогенов, но и сапротрофов (грибов и бактерий), которые являются лимитирующим фактором для патогенов.

Для регулирования патогенных и сапротрофных микроорганизмов в микробиоте растений (семян) целесообразно обрабатывать их нетоксическими питательными веществами, которые легко усваиваются сапротрофами, но не патогенами. Стимулировать нужно те сапротрофные микроорганизмы (бактерии и грибы), которые проявляют антагонизм к патогенам. Таковыми являются сапротрофные представители родов Pseudomonas, Pantoea, Bacillus, Paenibacillus, Klebsiella и т.д. Эти бактерии используют более широкий спектр органических соединений, чем патогены. Так, некоторые облигатные фитопатогенные бактерии и грибы не используют салицин, лактозу, многоатомные спирты, которые легко усваиваются сапротрофами-антогонистами. Обработка семян этими (и другими, которые необходимо изучить) веществами будет стимулировать рост только сапротрофов-антагонистов. Обработку можно использовать как отдельно, так и в смеси с протобиотиками и пестицидами, что будет способствовать быстрому накоплению сапротрофов-антагонистов по сравнению с патогенами.

Такие работы начаты в институте микробиологии и вирусологии им. Д.К. Заболотного НАН Украины и являются, на наш взгляд, весьма перспективными.

***