Блог

Почему именно ВитАмин? Препарат, который необходим всем.

30 Марта 2021, 10:14

Журнал Гавриш №6, 2020 г.

Поделиться:
Почему именно ВитАмин? Препарат, который необходим всем.

В статье рассмотрены основные аспекты теории фитопатогенеза. Проанализированы возможные свойства фитопатогенноости микроорганизмов. Представлен принципиально новый препарат ВитАмин. Разъяснены основные функции и свойства данного препарата.

Взаимодействие растения и микроорганизмов

Взаимодействие растения и микроорганизмов достаточно многообразно и сложно. Через корневую систему растение секретирует в окружающую среду экссудаты - органические соединения – сахара, продукты фотосинтеза, а также продукты основных метаболических путей метаболизма сахаров – кислоты цикла Кребса, аминокислоты, причем преимущественно аминокислоты участвующие в процессах трансаминирования в качестве донора аминогрупп. Количество секретируемых органических экссудатов, а также их состав, зависят, как от самого растения, так от фазы его развития и от условий выращивания и может достигать нескольких десятков процентов от сухой массы растения. Секреция экссудатов происходит всегда, пока растение растет и осуществляет процесс фотосинтеза. Мы наблюдали прямую линейную зависимость между приростом растения и количеством выделяемых экссудатов при исследовании роста огурца сорта Атлет гибрида F1. Концентрация экссудатов в прикорневой зоне в «идеальных» условиях, когда нет процесса их биодеградации или иного способа их отвода из прикорневой зоны, может достигать сотен миллиграмм на литр водной составляющей почвенного субстрата. Причем, как нами было показано при исследованиях роста огурца сорта Атлет гибрида F1 в высоких концентрациях экссудатов «тормозят» рост растения и его корневой системы [1].

В реальных условиях концентрация экссудатов в прикорневой зоне растения определяется одновременно совокупностью процессов - скоростью секреции и «отвода» их из прикорневой зоны. Под термином «отвод» экссудатов из прикорневой зоны, мы подразумеваем следующие процессы:

  1. снижение концентрации экссудатов за счет диффузии по субстрату – при достаточно большом объеме субстрата и хорошей диффузии, процесс может протекать достаточно долго, пока будет существовать движущая сила – градиент концентраций;
  2. химическое взаимодействие продуктов экссудации и переход их в иное состояние, так кислоты - лимонная, янтарная, могут взаимодействовать с ионами Са+2, Мg+2 или иными ионами и образовывать малорастворимые соли;
  3. метаболизм – полное потребление или трансформация органических соединений микробной биотой прикорневой зоны. Фактически микробная биота формируется и существует за счет выделений корневых экссудатов. Безусловно микробная биота потребляет и другие органические соединения – высокомолекулярные (остатки отмершей корневой системы растений, остатки самой растительности), но при наличии в среде сахаров и других легко метаболизируемых соединений, наблюдается эффект диауксии - последовательное потребление субстрата микроорганизмами [2], также потребляются высокомолекулярные субстраты после полного метаболизма секретируемых экссудатов. Формирование микробной биоты — это сложный процесс, в котором микроорганизмы взаимодействуют не только с растением, но и между собой, но самое главное, общее количество биоты увеличивается в прикорневой зоне растения за счет метаболизма экссудатов.

Формировании микробной биоты растения

В формировании микробной прикорневой биоты растения принимают участие различные группы микроорганизмов, оказавшиеся по тем или иным причинам в прикорневой зоне, там, где могут присутствовать экссудаты растения. В силу физиологии развития грибные формы микроорганизмов способны осуществлять направленный рост, в сторону наиболее благоприятную для них. Под направленным ростом мы понимаем ориентацию формирования гифы и последующее увеличение ее размеров в направлении откуда исходят экссудаты корневой системы и кислород воздуха. Таким образом рост и формирование нового мицелия ориентировано в пространстве с учетом структуры почвы или иного материала, в котором произрастает растение. Скорость роста мицелия у разных групп микроорганизмов различна и зависит, при прочих равных условиях, от состава и концентрации экссудатов. Наши исследования показали, что скорость роста для разных групп микроорганизмов варьируется от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров в сутки, при градиенте концентраций экссудатов порядка 0,1 – 0,2 мг/мкм и концентрации экссудатов у поверхности корня порядка 100 – 200 мг/л.

Свойство - ориентированного роста грибов – приводит к тому, что их максимальная концентрация формируется непосредственно у растущего корня. Часть микроорганизмов колонизирует поверхность корня и даже растет вместе с ним [3]. Способность к колонизации (поверхностному росту) у грибов очень высокая, для них в природных условиях не характерен планктонный рост клеток. В формировании микробного ценоза в прикорневой зоне участвуют различные группы микроорганизмов, в том числе и микроорганизмы, способные на определенной стадии своего развития проявлять фитопатогенные свойства по отношению к данному конкретному растению. Вопрос фитопатогенности того или иного микроорганизма к тому или иному растению объясняется большим набором свойств как микроорганизма, так и растения и подробно рассматривался нами[4].

Важным, является то, что, фитопатогенность для большинства микроорганизмов не является величиной постоянной на протяжении развития микроорганизмов. Наши исследования по изучению фитопатогенности Fusarium oxysporum на стандартных питательных средах и на средах с экссудатами огурца, по отношению к огурцу, показали, что синтез низкомолекулярного фитотоксина, резко тормозящего прорастание семян огурца и синтез и секреция ферментов литического ряда – целлюлаз, наблюдалось в поздней стадии экспоненциального роста при переходе культуры в стадию торможения. В стадии экспоненциального роста – когда культура развивалась при избытке всех компонентов необходимых для нормального роста - фитопатогенных свойств по отношению к растению огурца у Fusarium oxysporum мы не наблюдали [5].

Переход микроорганизмов в стадию торможения обусловлен, как правило, снижением концентрации компонентов питания. В случае поверхностного роста микроорганизмов на корневой системе растения, когда само растение секретирует компоненты питания, снижение скорости секреции, а, следовательно, и концентрации экссудатов возможно по нескольким причинам одна из которых это изменение скорости синтеза растением экссудатов.

Снижение общей скорости синтеза экссудатов растениями происходит за счет стрессовых воздействий на растения. Что такое стресс для растения, а что является нормой это отдельная тема, но можно с уверенностью сказать, что стрессом можно считать резкие перепады температуры, резкие перепады освещенности, резкое изменение солевого состава в прикорневой зоне, резкое изменении уровня концентрации ионов водорода (рН), изменение влажности в прикорневой зоне, воздействие абиогенных факторов на прикорневую зону или на листовой аппарат растения - различные яды и иные химические препараты. Стрессовые воздействия приводят к изменению скорости экссудации, микроорганизмы корневой системы в случае если они обладают способностью к фитопатогенезу, начинают переходить в стадию торможения и реализовывать свои свойства фитопатогенности - подавление метаболизма клеток корневой системы растения, разрушение внешней оболочки клеточной стенки растений под действием комплекса литических ферментов и проникновение в само растения. При этом само растение перестает бороться с фитопатогенным микроорганизмом, так как система его защиты, включающая в себя до 6 уровней защиты, также полностью зависит от «нормального» функционирования метаболизма растения, а он за счет стресса подавлен. Таким образом стрессовое воздействие делает растение полностью беззащитным по отношению к фитопатогенным микроорганизмам, при одновременном усилении проявления фитопатогенных свойств у микроорганизмов.

В условиях выращивания растений в защищенном грунте общий уровень фитопатогенной микрофлоры в составе микробной биоты резко возрастает. Это объясняется свойствами микроорганизмов, способных обладать фитопатогенными свойствами - высокой скоростью роста при очень низких концентрациях экссудатов корневой системы.

Таким образом в соответствии с теорией фитопатогенеза - атака фитопатогенного микроорганизма на растение возможна только в том случае, если нарушена система экссудации корневых выделений, при условии наличия фитопатогенного микроорганизма уже на корне. Если экссудация по каким-либо причинам снова начинается, то в соответствии с теорией регулирования ферментативной активности - теорией катаболитной репрессии- синтез литических ферментов прекращается. Клетки фитопатогенного микроорганизма как минимум продолжают метаболизировать экссудаты и атака на растение прекращается.

Состав экссудатов корневых выделений

Нами была поставлена задача исследования состава экссудатов корневых выделений огурца и томатов, на разных стадиях развития, определить концентрации, при которых в реальных условиях теплицы фитопатогенная микрофлора еще не атакует корневую систему растения, создать модель экссудатов различных растений, и исследовать влияние экссудатов на поведение фитопатогенной микрофлоры, уже сорбировавшейся на поверхности корня.

Модель экссудатов была создана нами после исследования состава экссудатов растений – выращиваемых в стерильных условиях, когда в прикорневой зоне отсутствуют микроорганизмы, способные метаболизировать, как все компоненты экссудата, так и его отдельные компоненты. В состав модели экссудатов входят различные сахара, продукты цикла трикарбоновых кислот, основные аминокислоты в соотношениях характерных для тех или иных растений. На основе модели экссудатов была создана рецептура природных соединений, названная нами ВитАмин.

По нашему мнению, препарат ВитАмин – это препарат, который целесообразно применять при возникновении стрессовых ситуаций у растений, но воздействует он не на растение, а на микроорганизмы в прикорневой зоне растения. Воздействие это весьма специфическое - микроорганизмы потребляют компоненты препарата ВитАмин и переходят в стадию активного роста, при этом блокируются процессы синтеза фитотоксинов и литических ферментов, что в свою очередь снижает стрессовое воздействие на растение. Таким образом ВитАмин – препарат для снижения стресса растений.

Способ применение препарата ВитАмин

Препарат ВитАмин расфасован таким образом, что при соблюдении инструкции после растворения в прикорневой зоне растения создаются концентрации, при которых возобновляется рост микрофлоры на корневой системе растения.

Применение препарата ВитАмин целесообразно производить сразу после возникновения стрессовой ситуации. Особо следует отметить, что препарат необходимо использовать в следующем поливе после применения фунгицидных обработок, обработок против бактериозов, либо после применения иных химических обработок вне зависимости от их целей.

Особо следует отметить применение препарата ВитАмин для усиления действия биологических препаратов на основе Bacillus spp. штаммов, препаратов на основе споровой формы Trichoderma viride. При применении таких препаратов их необходимо вносить одновременно с препаратом ВитАмин, это резко увеличивает эффективность биологических обработок, так как в основе биологических обработок лежит принцип взаимодействия растущих клеток, а препарат ВитАмин переводит их именно в фазу активного роста.

1. Роль экссудатов корневой системы огурца в формировании микробного ценоза при выращивании по малообъемной технологии / Д. Г. Титова, А. Г. Буланов, Н.С. Марквичев и др. // Успехи в химии и химической технологии. — 2014. — Т. 28, № 5. — С. 70–73.

2. Исследование особенностей развития Fusarium oxysporum на легко- и труднодоступном субстратах / А. С. Журавлева, А. А. Шагаев, О. Б. Горюнова, Н. С. Марквичев // Успехи в химии и химической технологии. — 2020. — Т. 34, № 11. — С. 31–33.

3. Изучение колонизации корневой системы огурца грибом Trichoderma viride / А. С. Журавлёва, А. А. Шагаев, Н.С. Марквичев и др. // Успехи в химии и химической технологии. — 2018. — Т. 32, № 12. — С. 15–17.

4. Физиологические свойства резистентного штамма Fusarium oxysporum / А. Г. Буланов, А. А. Шагаев, А. А. Белов, Н. С. Марквичев // Бутлеровские сообщения. — 2019. — Т. 57, № 2. — С. 144–150.

5. Изучение секреции фитотоксичных метаболитов Fusarium oxysporum при глубинном культивировании / А. С. Журавлева, А. А. Шагаев, Н.С. Марквичев и др. // Труды XIX Ежегодной молодежной конференции с международным участием ИБХФ ран-вузы биохимическая физика, III симпозиума современное материаловедение, — ISBN 978-5-4465-2608-6. — ООО АЛЬТИГРАФИКА, 2019. — С. 69–71.

Заключение

Таким образом исследования механизма фитотоксичности различных микроорганизмов, а также изучение аспектов самой теории фитопатогенеза позволили подтвердить эффективность «органических удобрений» и создать препарат ВитАмин, в основе которого лежит понимание регулирования фитопатогенной активности микроорганизмов в прикорневой зоне растения.

Корневые волоски-основная зона взаимодействия

Фото 1. Корневые волоски-основная зона взаимодействия

Растение огурца. Изучение экссудации растений

Фото 2. Растение огурца. Изучение экссудации растений.

Сведения об авторах:

  • Шагаев Антон Александрович аспирант кафедры биотехнологии РХТУ им. Д.И. Менделеева

  • Бехбудзада Нурлан Башир-оглы аспирант кафедры биотехнологии РХТУ им. Д.И. Менделеева

  • Журавлева Александра Сергеевна магистрант кафедры биотехнологии РХТУ им. Д.И. Менделеева

  • Горюнова Ольга Борисовна к.т.н., генеральный директор ООО «БИОМ-ПРО»

  • Марквичев Николай Семенович к.т.н., доцент кафедры биотехнологии РХТУ им. Д.И. Менделеева, заместитель генерального директора ООО «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