Том 12, № 3

Для создания эффективных биологических препаратов комплексного действия необходимым условием является наличие штаммов бактерий, обладающих несколькими механизмами положительного влияния на растение. Предпочтение отдается таким микроорганизмам, которые способны выживать в неблагоприятных условиях окружающей среды. Цель исследования – поиск новых штаммов бактерий, характеризующихся антагонизмом по отношению к фитопатогенной микрофлоре и проявляющих толерантность к загрязнению почвы ионами свинца и хлорид-ионами. В результате проведенного скрининга с поверхности семян нута были выделены штаммы бактерий, которые на основании культурально-морфологических и физиолого-биохимических свойств, а также сравнительного анализа нуклеотидных последовательностей гена 16S рРНК идентифицированы как Paenibacillus peoriae АНТ 13 и Paenibacillus jamilae АНТ 14. Штаммы P.peoriae АНТ 13 и P.jamilae АНТ 14 проявляют антагонистическую активность в отношении фитопатогенных микромицетов. Штамм P.jamilae АНТ 14 обладает устойчивостью к NaCl (содержание в среде до 7%), штамм P.peoriae АНТ 13 способен расти в присутствии ионов Pb2+ в количестве до 3150 мг/л. Использование выделенных изолятов для предпосевной обработки семян пшеницы (Triticum aestivum L.) способствовало снижению распространения корневых гнилей проростков и увеличению длины побегов. Инокуляция семян люцерны изменчивой (Medicago varia Mart.) штаммами P.peoriae АНТ 13 и P.jamilae АНТ 14 повысила активность нодуляции и способствовала росту корневой системы растения; бактеризация семян нута (Cicer arietinum L.) повлияла на увеличение массы побегов и корней данной культуры. Результаты исследований позволяют рассматривать штаммы P.peoriae АНТ 13 и P.jamilae АНТ 14 как перспективные объекты сельскохозяйственной биотехнологии.

Bacillus subtilis 26Д увеличивает транскрипционную активность генов биосинтеза жасмоновой кислоты и жасмонат-зависимых защитных генов, в том числе анионной пероксидазы, участвующей в лигнификации, что приводит к увеличению устойчивости растений картофеля к фитофторозу.

Изучено влияние 24-эпибрассинолида на эффективность формирования регенерантов, полученных из зародышевых каллусов пшеницы контрастных по засухоустойчивости сортов. Показана возможность использования экспериментальной модельной системы «незрелый зародыш – зародышевый каллус – регенерант» в экспресс-оценке действия антистрессовых регуляторов роста растений.

Трутневый расплод содержит в своём составе большое количество веществ, обладающих антиокислительной активностью. Эти вещества требуют стабилизации и строгого соблюдения условий хранения. В числе этих веществ – уникальные деценовые кислоты, содержание которых является показателем качества трутневого расплода и продуктов на его основе. Показана способность трутневого расплода уменьшать проявления оксидативного стресса. Существуют БАД к пище и лекарственные препараты на основе трутневого расплода, которые применяются при широком спектре болезней. Вместе с трутневым расплодом могут быть использованы хитозансодержащие продукты, прополис, маточное молочко. Они обогащают композицию собственными биологически активными веществами и влияют на сохранность биологически активных веществ трутневого расплода. Перспективны продукты, содержащие, помимо трутневого расплода, хитин-хитозан-меланиновый комплекс из пчёл, прополис, маточное молочко. Хитин-хитозан-меланиновый комплекс в количестве 5% в составе адсорбента практически не влияет на сохранность деценовых кислот, тогда как в количестве 2% и 10% - несколько ухудшает. Кислоторастворимый и водорастворимый хитозан морских ракообразных значительно ухудшает сохранность деценовых кислот в продукте. Трутневый расплод с маточным молочком демонстрирует довольно высокое содержание деценовых кислот. При введении в состав продукта прополиса, содержание деценовых кислот возрастает соответственно содержанию прополиса.

При внесении углеводородокисляющих бактерий в нефтезагрязненную почву наряду с ускоренной деструкцией нефти отмечено увеличение видового разнообразия комплексов микромицетов. При обработке нефтезагрязнной засоленной почвы микробными композициями формировался более специфичный комплекс микромицетов, основу которого составляли галотолерантные виды, устойчивые одновременно и к умеренным концентрациям нефти в среде.

Выявлена зависимость уровня экспрессии гена ингибитора протеиназы EU 293132.1 пшеницы от степени ацетилирования хитоолигосахаридов и трофности патогена. При инфицировании растений пшеницы гемибиотрофом Septoria nodorum высокий  стимулирующий эффект на активность ингибитора протеиназы оказывали хитоолигосахариды со степенью ацетилирования 30%, а при заражении некротрофом Bipolaris sorokiniana – хитоолигосахариды со степенью ацетилирования 65%.

Анализ фертильности пыльцы у межвидовых анеуплоидных гибридов F1 с замещениями специфических хромосом (2, 4, 6, 7, 18) и плеч хромосом (Тело 6, Тело 11) генома хлопчатника G. hirsutum L. выявил снижение фертильности у всех гибридных растений. Показано, что гибридные моносомики по хромосоме 2 характеризовались небольшим снижением фертильности пыльцы; гибридные моносомики разных семей с замещением по хромосоме 4 и по хромосоме 6 - существенным снижением; гибридные моносомики с замещением по хромосоме 7 и 18, также как и монотелодисомные гибридные растения с замещением отдельного плеча хромосомы 6 или 11 - сильным снижением, что указало на существование специфических различий в фертильности пыльцы у гибридных моносомных растений с замещением специфических хромосом генома хлопчатника вследствие формирования частично несбалансированных гапло-дефицитных гамет.

Одной из ведущих проблем картофелеводства является несоответствие фитосанитарных показателей семенного картофеля требованиям национальных стандартов. Этому способствует традиционно применяемая химическая защита растений, приводящая к селекции резистентных штаммов возбудителей болезней и, как следствие, высокому уровню пораженности посадочного материала. Экологически ориентированным подходом в технологии выращивания картофеля является адаптивно-интегрированная защита, предполагающая создание систем комплексной защиты растений от болезней. Цель – оценка эффективности адаптивно-интегрированной защиты картофеля от болезней различной этиологии на высоком инфекционном фоне. Исследования проведены в Лаишевском районе Республики Татарстан на сорте Родрига. По результатам клубневого анализа установлено превышение требований ГОСТ 33996-2016 по показателям распространенности болезней. Семенные клубни протравливали фунгицидом Ревус®; по вегетации проводили двукратную обработку препаратами Фамокс® и Гимнаст®. В варианте интегрированной защиты обработки проводили половинными нормами фунгицидов с биопрепаратом Фитоспорин®-АС. Показано, что применение интегрированной схемы выращивания картофеля сорта Родрига в течение первого вегетационного периода привело к активации процессов деструкции растительных остатков и повышению численности азотфиксирующих микроорганизмов, снижению содержания фитопатогенной и повышению доли антагонистической микрофлоры. Биологическая эффективность интегрированной защиты картофеля сорта Родрига на высоком инфекционном фоне против болезней в первый год вегетации (фитофтороза, вертициллезного увядания, фузариоза, ризоктониоза, бактериальной гнили) составила 61,5-100%, что обусловило повышение урожайности культуры.

Изучено влияние света и температуры на синтез каротиноидов в клетках зеленой криофильной водоросли Chloromonas reticulata при культивировании в лабораторных условиях. Получены первые сведения о составе и количестве каротиноидов на примере штамма SYKOA Ch-054-11 (Коллекция живых культур водорослей Института биологии Коми НЦ УрО РАН). В клетках водоросли синтезируются β-каротин (предшественник астаксантина), ксантофиллы – неоксантин и лютеин, и пигменты виолаксантинового цикла (виолаксантин, антераксантин, зеаксантин). При освещении 500 мкМоль/(м2с) ФАР концентрация каротиноидов в клетках водоросли составила 63.5±6.5 мкг/мл, что в 8 раз выше по сравнению с показателями, полученными в эксперименте с освещенностью 35 мкмоль/(м2с) ФАР. Отмечено незначительное увеличение содержания каротиноидов (до 26 мкг/мл) при понижении температуры культивирования от 20 до 10°С. Наблюдали тенденцию к индукции синтеза астаксантина при высокой освещенности.

Вирулентность возбудителя септориоза пшеницы патогенного гриба Stagonospora nodorum Berk. обусловлена наличием у изолятов некротрофных эффекторов (SnTox), которые взаимодействуют с белками растения-хозяина, кодируемыми доминантными генами восприимчивости (Snn). Такие взаимодействия SnTox-Snn осуществляются по типу ген-на-ген в зеркальном отражении, и приводят к развитию инфекции. В данной работе изучены взаимодействия SnToxА-Tsn1 и SnTox1-Snn1 вызывающие некрозы и хлорозы в тканях растений пшеницы. Предполагают, что множественность реакций SnTox-Snn может осуществляться через регуляцию транскрипции генов восприимчивости растений. Цель работы заключалась в изучении транскрипционной активности генов восприимчивости Tsn1 и Snn1 у сортов пшеницы с различной степенью устойчивости к S. nodorum. У 12 сортов мягкой пшеницы озимого и ярового типа развития методом ПЦР были идентифицированы аллели генов восприимчивости Tsn1и Snn1 и методом газончиков определена проростковая устойчивость всех образцов. Затем было отобрано пять сортов для дальнейшего изучения. Устойчивость сорта Омская 35, несущего одну доминантную аллель Snn1, определялась подавлением транскрипции гена Snn1 почти в 2 раза. Устойчивость сорта Юбилейная 100, несущего две доминантных аллели Tsn1/Snn1, определялась подавлением транскрипции гена Tsn1 в 8 раз. Устойчивость сортов Есаул и Ермак, так же как и восприимчивость сорта Жница определялись не только транскрипционной активностью гена Tsn1, но, возможно, и другими факторами. Между уровнем транскрипции гена Tsn1 и устойчивостью сорта была обнаружена статистически значимая положительная корреляция 0,97.

Возбудитель септориоза пшеницы Stagonospora nodorum Berk. синтезирует специфические для хозяина некротрофные эффекторы (НЭ), которые облегчают процесс заражения и обеспечивают вирулентность изолята патогена к растению-хозяину, имеющего доминирующий ген восприимчивости. Взаимоотношения в патосистеме пшеница – S. nodorum осуществляются по типу «ген-на-ген» в зеркальном отражении, и выражаются в том, что продукты генов вирулентности патогена (=некротрофные эффекторы (НЭ) белковой природы) при взаимодействии с продуктами генов восприимчивости растения-хозяина (Snn) вызывают совместимость, т.е. развитие болезни. В данной работе были изучены три основных НЭ SnToxА, SnTox1, SnTox3, идентифицированные у S. nodorum на генном уровне. Роль НЭ в развитии септориоза доказана, однако общий ответ хозяина при поражении S. nodorum не всегда строго подчиняется обратной модели ген-на-ген, так как множественные взаимодействия SnTox-Snn могут проявлять аддитивность или эпистаз. В связи с этим цель работы заключалась в идентификации генов НЭ у трех изолятов S. nodorum и изучении влияния транскрипционной активности генов этих НЭ на степень вирулентности изолята. Нами показано, что все три НЭ SnToxА, SnTox3 и SnTox1 играли важную роль в развитии болезни в совместимых взаимодействиях. Эффекторы SnTox3 и SnTox1 проявляли эпистатическое взаимодействие, которое снималось при тройном совместимом взаимодействии (SnTox3-Snn3, SnToxА-Тsn1 и SnTox1-Snn1), что показано нами впервые. Механизм эпистаза и аддитивного взаимодействия был связан с регуляцией транскрипционной активности генов НЭ, также как и вирулентность изолята. У авирулентного изолята Sn4ВД отсутствовала транскрипция всех трех генов НЭ, а вирулентный изолят Sn9МН отличался высоким уровнем накопления мРНК всех трех генов НЭ при инокуляции восприимчивого сорта. Мы также показали, что экспрессия SnTox зависела как от генотипа хозяина у SnToxА и SnTox3, так и от числа совместимых взаимодействий, проявляющих аддитивность или эпистаз у SnTox1 и SnTox3. В конечном итоге вирулентность изолята S. nodorum зависела от качественного и количественного состава НЭ.

Выделены и идентифицированы как псевдомонады - бактерии устойчивые в растворах гербицидов. Штаммы способны к синтезу ауксинов, фиксации атмосферного азота и солюбилизации фосфатов, могут быть рекомендованы для создания биопрепаратов со свойствами биофунгицида и биоудобрения, и использования в качестве бактериальных антистрессантов по нивелированию гербицидного стресса.

Изучали иммуногистохимическую локализацию абсцизовой кислоты (АБК), агглютинина зародыша пшеницы (АЗП) и дегидринов в корнях проростков пшеницы (Triticum aestivum L.) при предобработке 24-эпибрассинолидом (ЭБ) и обезвоживании, создаваемом 12% ПЭГ. Выявлена коиммунолокализация АБК, АЗП и дегидринов в клетках центрального цилиндра базальной части корней необработанных и предобработанных ЭБ проростков пшеницы в нормальных условиях и при недостатке воды. Такой характер совместной локализации свидетельствуют о возможном влиянии на функционирование апопластного барьера распределения АБК и защитных белков, АЗП и дегидринов, в тканях корней предобработанных ЭБ растений пшеницы при обезвоживании, что по-видимому, способствует уменьшению потери воды в условиях действия осмотика. Значительная локализации АБК и лектина пшеницы в области метаксилемы, возможно, усиливает ЭБ- индуцированный транспорт АБК и АЗП от корней к побегам при стрессе. Можно предположить, что брассиностероиды могут служить интермедиатами в реализации защитного действия лектина АЗП и дегидринов пшеницы при обезвоживании.

Исследование адаптационных механизмов растений в ответ на действие нефти делает возможным выявление признаков, обеспечивающих устойчивость растений в условиях нефтяного загрязнения, с целью их использования в процессе разработки методов рекультивации и подборки для неё устойчивых к нефтяному загрязнению растений. Имеющиеся данные в отношении действия углеводородов нефти на растения весьма противоречивы. Недостаточно изучено видовое разнообразие растений, способных произрастать на нефтезагрязненных почвах. Фиторемедиация является наиболее подходящим для сельскохозяйственных территорий средством очистки почвы из-за большой протяженности угодий и относительной дешевизны метода. Важными показателями устойчивости растений к углеводородным загрязнителям являются физиолого-биохимические и морфометрические параметры. Большой научный и практический интерес представляет выявление устойчивости высших растений к экзогенным нефтяным углеводородам и выявление эффекта фиторемедиации и эффекта внесения биопрепаратов при углеводородном загрязнении почвы. Синтез белка зависит от условий внешней среды и является определенным маркером адаптивного потенциала растения к неблагоприятным факторам. Целью работы являлась оценка изменения содержания белка у растений Medicago sativa L. в условиях загрязнения почвы нефтью и рекультивации с помощью биопрепарата «Елена». Определение содержания белка в листьях позволяет судить о статусе азотного обмена у растений. Установлено, что нефтяное загрязнение почвы привело к снижению содержания белка растения Мedicago sativa L. Внесение биопрепарата «Елена» в загрязненную почву привело к восстановлению уровня содержания белка.

Исследовали влияние донора оксида азота – нитропруссида натрия (sodium nitroprusside, SNP) – на рост и состояние компонентов антиоксидантной системы проростков пшеницы в условиях обезвоживания, моделируемого 12% ПЭГ. Выявлен защитный эффект предобработки 200 мкМ SNP на растения пшеницы, о чем свидетельствуют повышенное содержание глутатиона восстановленного (GSH), снижение стресс-индуцированного накопления МДА, и активности глутатион-S-трансферазы (GST), что отражается в поддержании высокого уровня ростовых процессов. Впервые показана роль белка агглютинина зародыша пшеницы (АЗП) в проявлении протекторного действия оксида азота на растения пшеницы в стрессовых условиях.