Новая концепция в создании биопрепаратов для защиты растений

«Биологизация» растениеводства одно из бурно развивающихся направлений современной биотехнологии. В последнее время появляются различные биологические препараты для защиты растений от болезней, удобрения, иммуномодуляторы, биологические стимуляторы и т.д. на основе живых клеток микроорганизмов и продуктов их жизнедеятельности, аминокислот, различных вытяжек, гидролизатов биологического сырья.

«Биологическая эффективность» данных препаратов всегда подтверждена какими-либо научными исследованиями, в том числе аккредитованными в этой сфере научными организациями. Не оспаривая результатов исследований эффективности биологических препаратов, возникают вопросы, на которые трудно найти ответ исходя из современного представления о биологической защите растений и роли тех или иных факторов (включая микроорганизмы) в защитных мероприятиях.
Для понимания многих механизмов взаимодействия растения и биологических препаратов целесообразно еще раз сформулировать теорию фитопатогенеза и посмотреть на все многообразие препаратов через ее призму.

Современная теория фитопатогенеза находится в стадии становления, однако общие ее положения представлены в учебной литературе, либо некоторые вопросы интенсивно изучаются и публикуются в специализированных научных изданиях.
При этом следует различать теорию фитопатогенеза для возбудителей корневых и прикорневых болезней с теорией для возбудителей болезней листовой поверхности и плодов.

В основе теории корневого и прикорневого фитопатогенеза лежат следующие положения и представления:
1. Растения в процессе роста выделяет через корневую систему экссудаты, органические водорастворимые соединения.
2. В состав экссудатов входят все те органические соединения, которые клетка может синтезировать из глюкозы, которая, в свою очередь, образуется за счет фотосинтеза.

3. Количество выделяемых экссудатов и их состав зависят от растения, фазы его развития и определяются как геномом растения, так и внешними условиями его выращивания. При этом можно уже доказано, что в составе экссудатов, в большей мере, присутствуют сахара (глюкоза, фруктоза, в меньшей степени там могут быть сахара, содержащие от 4 до 8 атомов углерода), ди- и три- карбоновые кислоты (продукция цикла Кребса: лимонная, янтарная, фумаровая и другие органические кислоты), аминокислоты во всем их многообразии(в том числе и непротогенные). Одним словом, все те продукты первичного метаболизма, которые клетки растений синтезируют из глюкозы для строительства новых клеток.
Функция экссудатов для растений на сегодня обсуждается, и однозначного мнения об этом нет. Важно то, что они выделяются в большей или меньшей степени всегда, пока растение растет.

Микроорганизмы, окружающие корневую систему растения, формируются и эволюционируют, в том числе, под воздействием корневых экссудатов конкретных растений. Других источников углерода, кроме экссудатов для микроорганизмов в прикорневой области растения просто нет.
В состав микроорганизмов в ризосфере входят различные группы микроорганизмов, но объединяет их одно: они способны метаболизировать экссудаты данного растения при данных условиях внешней среды, в которых произрастает растение (влажности, концентрации ионов водорода (рН), обеспеченности кислородом, температуре, солевому составу и его концентрации, наличию химических соединений привнесенных из вне и т.д.).

В составе микроорганизмов, находящихся в ризосфере данного растения, присутствуют и фитопатогенные для данного растения микроорганизмы, которые способны вызвать патологическое состояние растения.
Сформулировав основные положения, можно приступить к рассмотрению основ теории корневого фитопатогенеза.

Представим, что растение развивается в стерильных условиях, когда в прикорневой и корневой зоне растения вообще нет никаких микроорганизмов. Растение растет и выделяет экссудаты. Концентрация экссудатов при этом максимальна в ризосфере корневой зоны и далее снижается по мере удаления от ризосферы, образуя градиент концентраций.

Предположим, что в зону градиента концентраций или непосредственно в ризосферу попадает фитопаогенный микроорганизм. При попадании в этот градиент и при благоприятных внешних факторах рост фитопатогенного микроорганизма, вне зависимости от того эукариот это или прокариот, будет происходить в сторону более благоприятных условий. Под ростом в данном случае следует понимать или выпускание дочерней клетки для мицелиальных грибов, или направление деления прокариотов. В данном случае более благоприятными условиями является повышенная концентрация экссудатов. Таким образом, клетки фитопатогена начинают приближаться к корневой системе растения, колонизируя при этом за одно область ризосферы.

При достижении поверхности корня фитопатоген стремится сорбироваться на его поверхности. Это обусловлено несколькими факторами:
— непосредственно на поверхности корня максимальная концентрация экссудатов;
— сродство корневой поверхности и микроорганизма много выше его сродства с неорганическим материалом, составляющим почву.
Далее, рост фитопатогена происходит по всей поверхности корня, в сторону поверхности почвы с большей скоростью, а в сторону роста корня с меньшей. Таким образом, фитопатоген стремится колонизировать всю поверхность корня.

Стадии роста фитопатогена в сторону корня и его сорбция на его поверхности, происходящий за счет метаболизма экссудатов, по всей видимости, не причиняют растению негативного для него действия.
Это объясняется совокупностью факторов, к которым следует отнести то, что во-первых сами экссудаты оказывают негативное влияние на развитие растения. Во-вторых при высоких концентрациях экссудатов возможно ингибирование роста и развития растения. И третье — фитопатоген не атакует растение, так как ему хватает легко метаболизирумого субстрата, которым являются экссудаты.

Таким образом, на данной стадии взаимодействия растения и фитопатогена их взаимоотношения обоюдно выгодны. Кроме того, растение способно обезопасить себя от отрицательного воздействия фитопатогенов, но эти механизмы стоит рассматривать чуть позже.
Синтез экссудатов происходит по сложным метаболическим путям, имеющим собственные системы регулирования, которые, в свою очередь, могут зависеть от внешних факторов окружающей среды.

К таким факторам можно отнести отсутствие освещения, перепады температуры, или ее изменение и переход в неоптимальную область, резкое изменение солевого состава в прикорневой зоне растения или изменение концентрации ионов водорода (рН), воздействие с химическими соединениями, влияющими на физиологические процессы, протекающие в растениях. Таким образом, любое шоковое воздействие на растение, может привести и приводит к изменению как скорости синтеза экссудатов, так и их состава. Снижение скорости экссудации приведет к резкому снижению концентрации экссудатов в ризосфере, так как фитопатоген будет потреблять его по прежнему с высокой скоростью. И это приведет в итоге к резкому изменению взаимоотношения фитопатогенного микроорганизма и растения.
Марквичёв Н.С., к.т.н., доцент, каф. Биотехнологии Российского химико-технологического университета им. Д.И. Менделеева, Горюнова О.Б., к.т.н., генеральный директор ООО «БИОМ-ПРО»
Ресурсосберегающее земледелие №2/2017
Продолжение следует

0 комментариев

Только зарегистрированные и авторизованные пользователи могут оставлять комментарии.