07.11.2017
31.10.2017
21.10.2017
21.10.2017
21.10.2017
04.10.2017
04.10.2017
28.09.2017
01.09.2017
31.08.2017
Микробы-ингибиторы и их действие на растения
 25.06.2014

В почвах, как и в других природных субстратах, находятся микроорганизмы-ингибиторы, которые в процессе своей жизнедеятельности подавляют рост и развитие высших и низших растений. Они образуют особые вещества, токсичные для растительных тканей и органов. Токсины, или фитотоксины, образуемые фитопатогенными грибами и бактериями, давно изучались исследователями. Однако вопрос о том, образуют ли микроорганизмы токсические вещества непосредственно в почве, в литературе остается неосвещенным. Известно, что многие виды грибов и бактерий образуют токсины, действующие на животные организмы. Развиваясь на пищевых и кормовых продуктах, на различных растительных остатках, они выделяют токсические вещества. При скармливании таких продуктов животным наблюдаются нередко сильные отравления.
Исследования показывают, что микробы-ингибиторы своими токсинами могут оказывать отравляющее действие на растения в условиях естественного их произрастания в почве, если для этого создаются соответствующие условия. Они подавляют прорастание семян, рост проростков, вообще развитие растений и понижают их общий урожай. Следовательно, при массовом развитии эти организмы могут оказаться существенным фактором в определении плодородия почвы и урожайности растений.
Угнетающее действие микробов-ингибиторов сказывается и на развитии низших растений — грибов, бактерий, водорослей и др. В таких случаях эти микробы называют антагонистами.
Микробы-ингибиторы обнаруживаются среди различных групп низших существ — бактерий, грибов, актиномицетов. Грейг-Смит установил образование токсических веществ некоторыми бактериями, угнетающими рост растений. Рэссель большое значение придавал простейшим, которые поглощают клетки микробов. Хэтчинсон и Тайсен, Левис и Лауденбергер отмечали у некоторых неспороносных бактерий из рода Pseudomonas способность синтезировать сильнодействующие токсические вещества. Дженсон и Мервин, а позже Браун выявили эту способность у Pseudomonas tabaci — возбудителя заболевания табака. Способность образовывать токсические вещества обнаруживали также у других представителей бактерий.
В группе неспороносных бактерий сравнительно часто обнаруживаются ингибиторы среди представителей рода Bacterium и Pseudomonas, реже — рода Rhizobium. Нередко они встречаются в ризосфере вегетирующих растений. Нами было изучено свыше 300 культур этих организмов, выделенных в разное время из разных почв — каштановых в Заволжье, сероземов в Средней Азии и подзолистых в Московской и других областях.
Из этого количества изученных культур около 100 культур подавляли в большей или меньшей степени рост растений и прорастание семян. Сильно выраженными гербицидными свойствами обладали отдельные штаммы Ps. fluorescens, Ps. руосуаnеа a Bacterium sp. Они полностью или почти полностью задерживали и подавляли прорастание семян клевера, вики или пшеницы (рис. 86). Семена только наклевывались или совсем не проявляли признаков прорастания и погибали.

Микробы-ингибиторы и их действие на растения

Резко выражены токсические свойства у многих спороносных бактерий. Нами было испытано более 350 культур, выделенных из разных почв Советского Союза. Бактерии выращивались на жидких питательных средах. Обработка семян производилась намачиванием их в течение нескольких часов в культуральной жидкости. Обработанные культуральной жидкостью семена растений проращивались на вате или бумаге, смоченной водой.
Токсическое или гербицидное действие бактериальной жидкости проявлялось в подавлении роста и снижении процента прорастания семян. Анализы показали, что примерно около 20—30% изученных культур обладало ингибиторными свойствами. Среди бактерий, выделенных из дерново-подзолистых почв, число ингибиторов было большим (около 35—45%).
Характер и сила действия у разных культур выражаются в различной степени. Одни организмы полностью или почти полностью подавляют прорастание семян (рис. 87), другие подавляют слабее, а третьи вовсе не оказывают угнетающего действия.
По видовому составу изученные нами ингибиторы относятся в основном к Вас. mesentericus и Вас. subtilis.
Микробы-ингибиторы и их действие на растения

Способность подавлять прорастание семян и рост проростков проявляется в различной степени у штаммов, принадлежащих к одному и тому же виду. Среди бактерий — Вас. mesentericus мы имели более 180 штаммов, выделенных из разных почв, в том числе 109 штаммов из подзола опытной станции Чашниково. Из этого числа некоторые были сильными ингибиторами, а другие вовсе не угнетали роста растений. Одни из них подавляли прорастание семян пшеницы, другие прорастание гороха, вики или клевера, а некоторые подавляли прорастание семян пшеницы, гороха, вики и клевера. В табл. 95 представлены данные опыта с викой и клевером.
Микробы-ингибиторы и их действие на растения

Среди спороносных и неспороносных бактерий иногда встречаются штаммы, обладающие органотропным или избирательным гербицидным действием. Они подавляют рост либо только корневой системы, либо надземных частей. Мы имели культуры, полностью подавлявшие рост корней вики и пшеницы. Семена давали ростки без образования корней или последние были весьма редуцированными (рис. 88). Надземная часть развивалась более или менее нормально до тех пор, пока в семенах были питательные вещества.
Микробы-ингибиторы и их действие на растения

В нашей коллекции были штаммы бактерий (3 штамма неспороносных и 4 штамма спороносных), которые подавляли рост надземных частей, не затрагивая корневую систему. Семена прорастали в корень, надземная же часть была сильно редуцирована (рис. 89).
Микробы-ингибиторы и их действие на растения

Некоторые штаммы бактерий подавляют процесс плодоношения у низших организмов, образование зигот у фикомицетов, спорообразование у дрожжей. Возможно, что имеются микробы, которые подавляют процесс плодоношения и у высших растений.
В нашей коллекции актиномицетов имеются штаммы, которые своими продуктами метаболизма вызывают явление хлороза у высших растений. Хлороз мы получали у кукурузы и пшеницы путем предпосевной обработки семян культуральной жидкостью определенных видов актиномицетов, а еще лучше — очищенными препаратами антибиотиков. Если семена названных растений выдержать перед посевом в растворе антибиотика в течение двух-четырех часов, то проростки получаются совершенно бесцветные, без малейших признаков образования хлорофилла. Рост таких растений подавлен и вскоре вовсе прекращается. В некоторых случаях растения оправляются, зеленеют и затем продолжают развиваться более или менее нормально.
Если семена обрабатывать более слабыми растворами антибиотика, то получаются проростки слабо зеленеющие, несколько этиолированные. Сильно этиолированные растения получаются при обработке семян стрептомицином. Двухчасовое намачивание семян в растворе концентрацией в 1 μг/мл вызывает полное этиолирование ростков. Последние не зеленеют в течение 15—30 суток и в конце концов погибают. Подавление синтеза хлорофилла вызывается ауреомицином, террамицином и другими антибиотиками.
Этиолирование ряски мы получали, выращивая ее в питательном растворе с добавлением антибиотика. В зависимости от концентрации антибиотика рост растений задерживается в большей или меньшей степени. Различна и степень зеленения растений — от слабого хлороза до полного . обесцвечивания.
Некоторые токсины микробного происхождения вызывают явление хлороза у виноградной лозы. По нашим наблюдениям, это явление могут вызвать грибы из рода Fusarium. Мы имели некоторые штаммы, токсины которых вызывали этиолирование проростков черенков или чубуков при обработке их перед посадкой в грунт. Выросшие растения имели бледно-зеленые листья с желтоватым оттенком, развитие их замедлялось, отмечались и другие отклонения, характерные для хлороза виноградника.
Картину этиолирования черенков у виноградной лозы мы наблюдали при обработке их антибиотиками актиномицетного происхождения. Некоторые штаммы из серых и пигментированных актиномицетов синтезируют вещества, подавляющие образование хлорофилла в листьях виноградной лозы. Черенки, погруженные базальным концом в нативную жидкость культуры и высаженные затем в грунт, развивались с явными признаками этиолирования.
Подавление антибиотиками образования хлорофилла у растений отмечают некоторые другие исследователи. Провасоли с сотрудниками получали бесцветные культуры евглен под влиянием стрептомицина. Антибиотик прибавлялся к питательному раствору в небольших дозах, под его влиянием разрушался хлоропласт клеток, вследствие чего получались совершенно этиолированные формы организмов.
Явления хлороза под влиянием стрептомицина у злаков (пшеницы, кукурузы и др.) наблюдали — Эйлер, Хагборн.
Они намачивали семена растений в растворе антибиотика и высевали их в почву. Ростки были лишены зеленой окраски.
Березова и Судакова установили, что отмирание точки роста у льна не связано с борным голоданием, а является следствием отравления токсинами, образуемыми бактериями.
Кугушова выяснила, что на корнях люцерны могут развиваться бактерии, которые своими выделениями вызывают опадение бутонов.
Ингибиторы, угнетающие рост растений и прорастание семян, в большом количестве обнаруживаются среди актиномицетов. В этой группе микроорганизмов культуры с резко выраженными гербицидными свойствами наиболее часто встречаются среди оранжевых A. aurantiacus, серых — A. griseus и других видов и групп (табл. 96).
Опыты с проростками показали примерно такую же картину. Одни культуры актиномицетов подавляют рост сильно, другие — слабо или совсем не подавляют (табл. 97).
Микробы-ингибиторы и их действие на растения

Токсические вещества актиномицетов и других микроорганизмов оказывают угнетающее действие на отдельные изолированные органы или части растений — листья, черенки и др. Если в раствор погрузить черенки или отрезанные листочки, то через определенный срок начинается их увядание и гибель. По скорости увядания и отмирания этих частей можно судить о силе действия токсических веществ.
В своих опытах мы использовали черенки разных растений — фасоли, гороха, кукурузы, затем ветки лимонного дерева, яблонь, груши, персиков и др.
Если на поверхность листочка (несрезанного) наложить комочек ваты, смоченный токсином, то через несколько часов появляются пятна некротического характера. Чем сильнее яд, тем резче выражены пятна некроза листочка. Этот метод нами был использован при испытании токсических веществ, образуемых микроорганизмами.
Среди ингибиторов большое значение, надо полагать, имеют фаги — бактериофаги и актинофаги. Исследования Раутенштейна, Хавиной и некоторых других показывают, что эти агенты широко распространены в почвах, где они обнаруживаются в значительных количествах. Имеются основания полагать, что они подавляют и лизируют клетки бактерий или актиномицетов так же активно, как и в условиях чистых культур.
Например, клубеньковые бактерии становятся неактивными, если в почве обильно размножаются их фаги. В условиях эксперимента последние размножаются до значительных размеров. Мы насчитывали их десятки и сотни тысяч в 1 г почвы. По наблюдению Демолона и Дюнез, фаги клубеньковых бактерий клевера и люцерны при определенных условиях настолько насыщают почву, что последняя становится малоплодородной для этих растений, в ней не развиваются клубеньковые бактерии, а на корнях не образуются клубеньки или они образуются в малом количестве, причем явно ненормального вида. Авторы считают, что наблюдаемое клеверо-люцерноутомление почвы обусловлено накоплением фагов. По некоторым данным, фаги проникают внутрь растений и, воздействуя на их жизненные процессы, понижают урожай.
В литературе имеются сведения относительно образования токсических веществ грибами. Ленж показал отравляющее действие грибов Penicillium на проростки злаков. Наиболее активными ингибиторами в опытах были Р. notatum и P. oxalicum. Монначи и Торини, затем Диахум отмечают образование грибами токсинов, действующих на злаки в условиях роста их в почве.
Продуценты токсических веществ известны среди разных групп почвенной микрофлоры. Видное место занимают представители из рода Fusarium. Образуемые ими вещества получены в химически чистом виде с установленным строением, например латеритин — C6H46O7N2, авенацеин — C25H44O7N2, фруктигенин — C26H44O7N2, самбуцинин — C24H42O7N2, затем энниатины, ликомаразмин, яваницин и др.
На растения и животных эти вещества действуют весьма различно. Некоторые из них специфичны.
Фузарии широко распространены в природе; по-видимому, они играют большую роль в токсикозах почв. Их угнетающее действие на рост растений отмечается многими авторами. Значение этих грибов в плодородии почв определяется не только способностью синтезировать токсины и выделять их в почву, но и фитопатогенными свойствами.
Билай в своей монографии описывает много штаммов рода Fusarium, которые оказывают вредное действие на прорастание семян и на развитие проростков ржи, овса и ячменя. Продукты их метаболизма, полученные в виде фильтратов, испытывались в разных условиях. Результаты опытов автора сведены в табл. 98.
Микробы-ингибиторы и их действие на растения

Как видно из таблицы, фильтраты одних штаммов действуют на проростки ржи, другие в большей степени на рост ячменя. Некоторые штаммы подавляют в равной степени как рост ржи и пшеницы, так и рост ячменя или овса.
Клечетов при изучении явления льноутомления почв установил развитие в них грибов Fusarium, Thielaviopsis basicola, Cladosporium herbarum, затем Alternaria, Macrosporium, которые, по его данным, образуют токсические вещества и являются причиной гибели льна в посевах.
Грибам из рода Fusarium приписывается значительная роль в утомлении почв и снижении урожаев растений в работах Квашиной, Куртесова и Иоффе.
Кублицкая исследовала степень распространения грибов из рода Fusarium в почвах Средней Азии (Узбекистан), занятых виноградниками. Ею установлено обильное развитие этих грибов на некоторых участках. Было выделено 52 культуры и из них многие оказались токсичными для виноградной лозы, вызывая в условиях роста в почве отравление и гибель черенков и чубуков. Некоторые штаммы вызывали хлороз в условиях эксперимента.
Резко выраженными гербицидными свойствами обладают грибы из рода Pythium. По наблюдению Ликаиса, Pythium debaryanum образует в почве токсины, угнетающие корневую систему растений.
Микробы-ингибиторы и их действие на растения

Мирчинк изучила большую коллекцию грибов, выделенных из дерново-подзолистых почв Московской области, и установила среди них много токсинообразующих форм. Наиболее токсичными и наиболее pacпространенными грибами в этих почвах являются представители рода Penieillium, затем Fusarium и Triehoderma. Грибы из рода Triehoderma (Т. lignorum) и некоторые представители рода Fusarium активно подавляют прорастание семян пшеницы, вследствие чего число прорастающих семян уменьшается на 68 % и более. Длина проростков в присутствии продуктов жизнедеятельности триходермы равна 3,5 см, в присутствии гриба фузариума — 4,0 см, а в контроле — 4,6 см. Среди пенициллов ингибиторы в дерново-подзолистой почве обнаруживаются часто и у большого числа видов. Некоторые из них очень токсичны для пшеницы, что видно из данных табл. 99 и фотографий (рис. 90).
Микробы-ингибиторы и их действие на растения

Активными образователями токсинов в почве являются грибы из рода Triсhoderma, Trichotheсium, Botrytis и др. Из культур Helminthosporium (Н. victoriae) выделен токсин викторин, который подавляет рост корней и проростков овса в разведении 1 : 1 000 000. Это вещество образуется грибом непосредственно в почве. Токсические вещества, повреждающие растения, найдены у представителей Verticillium. Наиболее подробно изучен среди них V. alboatrum. Токсическое вещество его установлено Бевли. Оно вызывает процесс увядания у томатов, хлопчатника, табака и других растений. Грин выявил у данного гриба два вещества — белковое и полисахарид. Первое выделяется в субстрат, второе поступает в ткани растений. Отравляющее действие гриба отмечает также Сухорукое и др.
У представителей рода Trichothecium выявлены токсические вещества — трихотецин и другие, действующие угнетающе на растения и некоторые микробы. Подобные вещества найдены у Deuterophoma tracheiphilus — возбудителя «мальсекко» у цитрусовых растений. Обнаруживаются они и у многих других грибов.
Само собой разумеется, что значение микробов-ингибиторов в токсикозе почв будет определяться в основном степенью их развития и активности.
Распространение микробов-ингибиторов и накопление их в почве мало исследовано. Так же как и микробы-активаторы, они подвергались изучению попутно, от случая к случаю. Монначи и Торини установили около 60% ингибиторов от всех выделенных и исследованных грибов почвы.
По нашим данным, в почвах находится большое количество ингибиторов среди грибов, бактерий и актиномицетов. Из 1500 культур лучистых грибков более 200 задерживали в большей или меньшей степени прорастание семян свеклы или пшеницы, 16 штаммов полностью подавляли их прорастание; 21 культура сильно подавляла и 58 — слабо угнетали рост клевера или люцерны. Общее число ингибиторов среди актиномицетов сравнительно невелико, в среднем в пределах 5—15%.
Значительно чаще встречаются ингибиторы среди спороносных бактерий. Из 560 изученных штаммов, принадлежащих в основном к 3—4 видам — Вас. mesentericus, Вас. subtilis, Вас. cereus и Вас. brevis, 176-сильно угнетали прорастание семян клевера, более 200 культур угнетали в той или иной степени прорастание свеклы, 32 культуры — прорастание гороха. Всех ингибиторов среди спороносных бактерий группы Вас. mesentericus и Вас. subtilis насчитывается, по нашим данным, около 40% от общего числа культур, выделяемых из дерново-подзолистых почв.
Среди неспороносных бактерий ингибиторов обнаруживается много меньше, чем среди спороносных. По нашим подсчетам, число их выражается в десятых долях процента. Отдельные виды среди рода Bacterium и Pseudomonas обладают, однако, резко выраженными токсическими свойствами в отношении растений и микроорганизмов.
Следует отметить, что некоторые микроорганизмы среди бактерий и грибов реагируют на токсические вещества так же, как и высшие растения, что дает возможность использовать их как тесты при выявлении и изучении фитотоксинов. Микробные тесты имеют ряд преимуществ. Применяя эти тесты, можно быстрее устанавливать и разрешать ряд вопросов, связанных как с токсикозом почвы, так и с отравлением растений. В массовых исследованиях мы пользовались часто двойными тестами — микробами и растениями.
Количественный учет микробов-ингибиторов производился нами в различных почвах, но более подробно в дерново-подзолистых Московской области, Кольского п-ова и других районов России. Обследовались почвы целинные и окультуренные, лесные и болотные, почвы лугов и т. д.
Мы насчитывали от 5000 до 450 000. ингибиторов в одном грамме почвы в зависимости от свойств последней (табл. 100). В почвах, мало окультуренных, абсолютное количество ингибиторов оказывается меньшим, но в процентном отношении может быть и большим, чем в хорошо окультуренных почвах.
Ингибиторов, подавляющих развитие азотобактера в подзолистых почвах, значительно больше, чем микробов, подавляющих рост растений. Мирчинк при исследовании грибной флоры в почвах опытной станции Чашниково (Московская обл.) обнаружила в них 11—38% ингибиторов, угнетающих рост растений. Распределялись они следующим образом: в лесной почве — 13%, на вырубке — 11%, в окультуренных почвах — от 15 до 38% от всей микрофлоры, выявляемой существующими методами (табл. 101).
Микробы-ингибиторы и их действие на растения

Как видно из приведенных данных, больше всего ингибиторов находится в почвах малоокультуренных. Минеральные удобрения не уменьшают, а, напротив, заметно повышают их содержание.
Экспериментально установлено, что микробы-ингибиторы образуют токсические вещества непосредственно в почве, где они развиваются. Если в стерильную нетоксичную или инактивированную почву внести эти организмы и инкубировать ее при определенных условиях влажности и температуры, то через некоторое время она становится токсичной для тех или иных растений или для некоторых видов микроорганизмов в зависимости от особенностей ингибитора.
Рыбалкина наблюдала появление токсикоза в льноутомленной почве при развитии в ней гриба фузариума (F. lini).
Мирчинк инкубировала почву (подзол) с грибами-ингибиторами и отмечала появление в ней токсикоза. В тех почвах, где обильно развивался гриб Penicillium cyclopium при искусственном его внесении, семена пшеницы совсем не прорастали или прорастали в небольшом числе (рис. 91). Другие виды грибов, выделенные из подзолистых почв, тоже отравляли почву, но в меньшей степени. Проростков пшеницы на таких почвах было от 15 до 60% от числа проростков в нормальной контрольной почве.
Микробы-ингибиторы и их действие на растения

Инактивированная нагреванием клевероутомленная почва восстанавливает токсичность при развитии в ней соответствующей микрофлоры — ингибиторов. В такой почве с регенерированной токсичностью клевер и клубеньковые бактерии развивались значительно слабее, чем в нормальной почве. Образования клубеньков на корнях клевера либо совсем не происходило, либо оно было подавлено (табл. 102). Клубеньковые бактерии в такой почве становятся авирулентными и теряют способность проникать в корни и образовывать на них клубеньки.
Микробы-ингибиторы и их действие на растения

Культуры некоторых грибов из рода Penicillium, Fusarium, Triсhoderта и отдельных спороносных бактерий при обильном развитии в инактивированной лесной и полевой почве восстанавливали их первоначальную токсичность в отношении пшеницы и азотобактера (табл. 103).
Токсины, вырабатываемые ингибиторами, при определенных условиях могут накапливаться в заметных количествах и придавать почве токсические свойства. Степень накопления токсических веществ зависит от интенсивности образования их микроорганизмами, скорости разрушения и вымывания, а также и от величины адсорбции.
Микробы-ингибиторы и их действие на растения