Блог

Молочнокислые бактерии в растениеводстве: перспективы применения.

01 Февраля 2021, 11:18

Научно-практический журнал БИОМ №1 2018

Поделиться:
Молочнокислые бактерии в растениеводстве: перспективы применения.

Молочнокислые бактерии — это общее название бактерий семейства Lactobacillaceae, основным свойством которых является способность образовывать молочную кислоту в качестве основного продукта брожения. Но, помимо молочной кислоты, в процессе своей жизнедеятельности эти бактерии образуют большое количество биологически активных веществ, в том числе обладающих антимикробной активностью. Уникальные свойства молочнокислых бактерий широко используются в медицине, пищевой промышленности, кормопроизводстве, ветеринарии.

Лактобациллы в растениеводстве

Но только относительно недавно их стали применять в растениеводстве для защиты растений и повышения урожайности. Хотя о пользе молочнокислых бактерий для растений было известно еще давно. Например, многим известен народный рецепт борьбы с мучнистой росой: опрыскивание зараженных листьев молочной сывороткой. Ранее считалось, что такой эффект связан с образованием на поверхности листьев пленки, «не позволяющей дышать грибу», но очевидно, что такое возможно, главным образом, из-за содержащихся в сыворотке молочнокислых бактерий и продуктов их метаболизма, биологически активных веществ.

На сегодняшний день известно, что молочнокислые бактерии, в частности, лактобациллы, обнаруживаются на всей поверхности растений, но особенно их много в ризосфере. В больших количествах они присутствуют в разлагающихся растительных остатках. Согласно теории Т. Хига, лактобациллы входят в число так называемых «эффективных микроорганизмов» (EM, Effective Microorganisms), которые оказывают положительное воздействие на растения и способствуют более высоким урожаям. Лактобациллы действительно эффективны благодаря своей высокой антагонистической активности в отношении растительных патогенов, они способны защитить растения от биотических стрессов. К тому же подавляющее большинство молочнокислых бактерий имеют GRAS статус, т.е. признаны безопасными для человека и животных.

Антибактериальная активность лактобацилл

Антибактериальную активность лактобацилл, чаще всего, связывают с образованием бактериоцинов, которые также называют лантибиотиками. Это антимикробные пептиды бактериального происхождения, в состав которых входят такие редкие тиоэфирные аминокислоты, как лантионин и метиллантионин. Эти вещества имеют широкий антибактериальный спектр действия. Механизм биологического действия лантибиотиков, в том числе низина, неплохо изучен и связан с нарушением проницаемости бактериальных цитоплазматических мембран. Разработаны препараты для для борьбы с бактериозами растений. Например, препарат Бинал Экстра, содержащий клетки и метаболиты Lactobacillus plantarum, способен подавлять целый спектр фитопатогенных бактерий, в том числе Agrobacterium sp. и Erwinia sp., что было доказано в ходе лабораторных и полевых испытаний.

Фото 1 (Подавление роста тест штамма A.tumifaciens культуральной жидкостью L.plantarum при разных разбавлениях)

И только относительно недавно, с 2007 года, в передовых зарубежных и отечественных научных публикациях стали появляться сведения об обнаружении среди метаболитов веществ с фунгицидными свойствами. Среди них были обнаружены органические и жирные кислоты, белковые соединения, циклические дипептиды, фенольные соединения и даже перекись водорода. Было доказано, что в комплексе антигрибковые вещества молочнокислых бактерий Lactobacillus plantarum сдерживают рост Botrytis cinerea, Fusarium oxysporum, Phytophthora drechsleri, и некоторых других фитопатогенных грибов.

Производственные испытания

С целью проверки фунгицидной активности молочнокислых бактерий, в конце прошлого года впервые были проведены полевые испытания препарата Бинал Экстра на основе клеток и метаболитов Lactobacillus plantarum на мучнистой росе огурца. Как известно, это широко распространенное и чрезвычайно вредоносное заболевание в теплицах. Возбудитель мучнистой росы огурца – гриб подкласса Эризифовые Oidium erysiphoides (половая стадия Sphaerotheca fuliginea) – облигатный паразит, что делает невозможным его выделение и изучение в лаборатории стандартными методами, поэтому все испытания проводят на вегетирующих растениях. В тоже время бороться к этим заболеванием все труднее: гриб обладает высокой генетической адаптивностью к химическим фунгицидам, отчего их эффективность быстро снижается, и требуется частая ротация препаратов, что в свою очередь приводит к увеличению агрессивности фитопатогена.

Экспериментальные данные

В ходе эксперимента листовую поверхность опытных растений огурца, пораженного мучнистой росой, обрабатывали рабочим раствором препарата, содержащего живые клетки и метаболиты Lactobacillus plantarum. В контрольном варианте обработки не происходило. Через 1 неделю после опрыскивания листьев отмечали распространение заболевания по соседним растениям, проводили микроскопическое исследования спор патогена, а также изучали жизнеспособность (способность в прорастанию) обработанных и необработанных конидий Oidium erysiphoides.

Было обнаружено, что конидии мучнисторосяного гриба после обработки Lactobacillus plantarum светло-коричневого цвета, визуально имеют поврежденную оболочку, неоднородные по форме и размерам, а после 2-суточной инкубации во влажных условиях споры не проросли; их внешний вид не изменился. Через неделю после обработки в теплице не было отмечено появление новых очагов заболевания.

Фото 2 – вид конидий после обработки препаратом

Фото 3 – вид конидий после проращивания

В отличие от них, конидии Oidium erysiphoides в контрольном варианте (без обработки) были бесцветными, с ровной, неповрежденной оболочкой. После инкубации в условиях влажной камеры примерно 70% конидий проросло (ростовая гифа около 40 мкм). При этом в теплице отмечалось увеличение количества растений, пораженных мучнистой росой.

Фото 4 – контроль (вид конидий без обработки)

Фото 5 – контроль (конидии после проращивания)

Таким образом, в ходе испытаний было показано, что после обработки препаратом на основе Lactobacillus plantarum, конидии мучнисторосяного гриба полностью теряли жизнеспособность, а на в теплице не было замечено распространения заболевания. В контрольном варианте (без обработки) появлялись все новые очаги заболевания. Все это говорит о перспективности применения препаратов на основе молочнокислых бактерий и в качестве фунгицидного средства. В настоящий момент ведутся исследования по детальному изучению механизмов действия и разработка регламента применения.

Сведения об авторах:

  • Бехбудзаде Н.Б. аспирант кафедры биотехнологии РХТУ им. Менделеева

  • Дмитриева Е.Н. руководитель отдела исследований ОО «БИОМ-ПРО»

Подпишитесь на рассылку полезных материалов

Будьте в курсе последних новостей и событий, а также узнавайте о наших новых публикациях первыми

Нажмая кпопку «Подписаться» вы принимаете условия Политики конфиденциальности