18.04.2024 15.04.2024 15.04.2024
|
Микробы-антагонисты 25.06.2014
Среди почвенных микроорганизмов имеются формы, которые угнетают развитие других микробов. Их принято называть антагонистами. В стерилизованную почву вносились одновременно культуры азотобактера и его антагониста — Вас. mesentericus. Развитие первого подавлялось вторым. В условиях изолированного роста в стерилизованной почве число клеток азотобактера достигало миллиона в 1 г, а в присутствии Вас. mesentericus азотобактер развивался очень слабо и только в первые сутки: затем число его клеток быстро падало практически до нуля и только в конце опыта, спустя 10—15 дней, когда прекращалось развитие антагониста и образование антибиотика, азотобактер снова начинал развиваться, но в очень слабой степени. То же самое наблюдается и в опытах с Вас. mycoides. Этот микроб очень чувствителен к антибиотическому действию картофельного бацилла. В изолированном состоянии он прекрасно развивается в стерилизованной почве, но в смеси с антагонистом полностью или почти полностью прекращает свой рост (рис. 92). Михалева проследила развитие клубеньковых бактерий клевера, вики, гороха, фасоли, люпина, сои, люцерны и др. в присутствии актиномицетов-антагонистов. Наиболее стойкими, по ее данным, оказались бактерии сои. В подзолистых почвах актиномицеты подавляют указанных бактерий сильнее, чем в черноземах. Клубеньковые бактерии клевера погибают в почве в присутствии антагониста через 4 дня. Активность клубеньковых бактерий под влиянием антагонистов заметно понижается, число клубеньков на корнях растений обычно бывает меньшим, чем в контроле. По нашим наблюдениям, клубеньковые бактерии клевера, вики, гороха заметно реагируют на воздействие бактерий-антагонистов — Вас. subtilis, Вас. mesentericus и др. При искусственном обогащении почвы этими бактериями клубеньки на корнях соответствующих растений не развиваются или развиваются в небольшом количестве. При этом они имеют явно дегенеративный вид, необычную форму и мелкие размеры. Штольп наблюдал подавление роста и активности у клубеньковых бактерий гороха в присутствии гриба Penicillium expansum. Робинзон наблюдал культуры антагонистов среди актиномицетов, бактерий и грибов, которые активно подавляли развитие и вирулентность клубеньковых бактерий как в лабораторных, так и в полевых условиях. Общее значение микробов-антагонистов определяется не только характером и силой их действия, но и количеством их в почве. Чем интенсивней развиваются антагонисты в почве, чем больше их концентрируется там, тем вызываемый ими эффект выражен ярче. Общее количество антагонистов в почве трудно и едва ли возможно учесть. Как отмечалось ранее, все микробы обладают антагонистическими свойствами по отношению к какому-либо организму. Выявить антагонизм ко всем существующим микроорганизмам практически невозможно. В своих исследованиях мы приводим количественные показатели распространения антагонистов по отношению к отдельным видам бактерий или грибов. Из бактерий чаще использовались культуры азотобактера, клубеньковых бактерий, микобактерий, микрококков и неспороносных бактерий (кишечная палочка и др.). По нашим подсчетам, актиномицетов-антагонистов с явно выраженными антимикробными свойствами имеется достаточно большое количество в разных почвах. В предыдущем разделе (микробы-ингибиторы) были приведены данные о количестве микробов, подавляющих рост азотобактера. Число бактерий антагонистов колебалось в пределах от 10 000 до 450 000, грибов — от 1300 до 17 000, а актиномицетов — от 16 000 до 160 000 в 1 г почвы в зависимости от свойств последней. По отношению к некоторым другим видам бактерий (Вас. mycoides, Вас. subtilis) и грибам (Fusarium lini, Fusarium sp. и другие) число антагонистов в общей сложности значительно больше. При анализе различных почв Советского Союза мы насчитывали их десятками и сотнями тысяч, а нередко миллионами в 1 г почвы. В подмосковных подзолистых почвах обнаруживается антагонистов-актиномицетов от 40.000 до 1.000.000 и более; спороносных бактерий — от 20.000 до 500.000 в 1 г. В черноземах южных районов России общее число микробов больше и как правило больше и антагонистов. Однако, в процентном отношении число их может быть меньшим. Почвы степного Крыма, например, содержат меньший процент антагонистов, чем северные почвы Кольского полуострова или почвы центральных областей. Относительно мало антагонистов в красноземах Кавказского побережья (табл. 111). В некоторых почвах антагонистов только двух групп бактерий — Вас. subtilis и Вас. mesentericus — насчитывается от 2 000 до 400 000 и более в 1 г. Среди неспороносных бактерий, особенно среди представителей рода Pseudomonas и рода Bacterium антагонистов тоже много. Особое место среди антагонистов этой группы по количественному составу занимают миколитические бактерии. Эти бактерии развиваются хорошо во многих почвах и в ризосфере разных растений. Общее количество их по нашим подсчетам достигает десятков миллионов и более в 1 г почвы. Разницына при исследовании почв Вахшской долины насчитывала миколитических бактерий, растворяющих гриб Fusarium vasinfectum, от 100 тыс. до 100 млн. в 1 г в зависимости от растительного покрова. Наибольшее количество их оказывалось в ризосфере люцерны, полевички и житняка; меньшее — под культурой райграса, костра и гороха. Кузина приводит примерно такие же показатели для светлых сероземов Узбекистане. Новогрудский изолировал из почв Казахстана миколитические бактерии, растворяющие грибы Fusarium culmorum, F. graminiarum, Verticillum dahliae, Colletotrichum lini, Alternaria tenuis, Amblyosporium botrytis, Pyronema comfluens, Rhizoctonia solani и Mucor racemosus. B указанных почвах миколитических бактерий, действенных только против одного гриба Fusarium graminiarum, насчитывалось автором от 100 до 100.000 и 1 г, причем их было больше под люцерной, чем под овсом или просом. Выше приводились сведения о развитии и накоплении этих бактерий в почвах под разными растениями. В природных условиях микроорганизмы обитают не изолированно, а в сообществах, в окружении многочисленных чуждых видов — конкурентов и неконкурентов. В этих сообществах между видами устанавливаются определенные и весьма сложные взаимоотношения как симбиотического, так и антагонистического порядка. В микробных популяциях или ценозах каждый вид в борьбе за существование на протяжении длительной истории эволюции вырабатывает те или иные средства борьбы со своими конкурентами. Средства эти различны. Микробы могут вытеснять своих конкурентов обильным размножением, могут образовывать в процессе жизнедеятельности различные специфические и неспецифические вещества, которые подавляют рост микробных клеток. К неспецифическим веществам, например, относятся органические кислоты, спирты, перекиси и другие соединения. Эти продукты метаболизма свойственны многим видам микробов. К неспецифическим метаболитам можно отнести и некоторые неорганические вещества-аммиак, сероводород, ионы хлора, SO3, алюминия, железа и других элементов. Обильное выделение сероводорода при активной деятельности соответствующих микробов может вызвать отравление среды, сделать ее непригодной не только для многих чуждых видов микробов, но и для высших растений, как это наблюдалось нами в почвах с высоким стоянием грунтовых вод в Заволжье. Микробы, образующие кислоты, спирты или иные органические соединения, подавляют рост чувствительных к этим веществам организмов независимо от их видовой принадлежности. Наиболее характерны и наиболее ярко выражены те реакции, которые обусловлены особыми специфическими веществами антимикробного действия, так называемыми антибиотиками. Эти вещества действуют специфически. Образующие их микробы-антагонисты подавляют рост только определенных видов строго избирательно. Одни антагонисты подавляют только грамположительных бактерий, другие и грамположительных, и грамотрицательных. Одни действуют на бактерии из группы кокков, другие — на палочковидные. Некоторые антагонисты оказывают угнетающее действие только на грибы или только на фаги и вирусы и т. д. Антибиотические вещества, образуемые антагонистами, являются сильнейшим оружием борьбы с конкурирующими микробами. Характерной особенностью таких антагонистов является то. что они, как правило, действуют только на организмы чуждых видов. A. streptomycini — продуцент стрептомицина — не угнетает рост культур, принадлежащих к этому же виду. Продуцент антибиотика ауреомицина — A. aureofaciens не подавляет культуры своего вида независимо от того, откуда они выделены и в каких условиях до этого обитали. Так же и другие антагонисты, образующие антибиотические вещества — террамицин, хлоромицетин, актиномицин, сульфактин и пр., не оказывают угнетающего влияния на рост и развитие штаммов, относящихся к тем же видам. Эти особенности специфического или избирательного действия антагонистов определяют в значительной степени видовой состав микробных популяций в естественных субстратах. Опыт показывает, что существуют микроорганизмы, образующие антибиотические вещества в условиях изолированного роста, на искусственных питательных средах. У них способность продуцировать эти вещества наследственно закреплена и проявляется в отсутствие конкурента. Эти организмы рассматриваются нами как явные антагонисты. Они часто встречаются среди различных представителей микроорганизмов. Они же составляют основную группу продуцентов антибиотических веществ, получаемых в настоящее время в практике разных лабораторий и в антибиотической промышленности. У других видов это свойство не закреплено наследственно, проявляется оно только при воздействии конкурентов, т. е. в условиях смешанных популяций. В чистых изолированных культурах эти организмы не вырабатывают антибиотических веществ. Например, кишечная палочка — Bact. coli подавляет рост сибиреязвенного бацилла только в тех случаях, когда оба организма окажутся вместе. В чистой культуре кишечная палочка не образует антибиотического вещества по отношению к указанному микробу. Такие микробы образуют антибиотические вещества как бы вынужденно, в силу необходимости. На вынужденный характер образования антибиотических веществ у микроорганизмов впервые обратил внимание Шиллер в 1914 году в лаборатории Мечникова при изучении взаимодействия ацидофильной палочки, спороносных бактерий, стрептококков, пневмококков и других видов. Явление вынужденного антагонизма отмечали и другие исследователи. Стрешинский показал образование антибиотических веществ в смешанных культурах гриба и спороносной палочки. По его наблюдению, сенная палочка — Вас. subtilis образует антибиотическое вещество против гриба пенициллиума только при их совместном росте. В свою очередь и гриб в присутствии сенной палочки становится более активным антагонистом. Наличие вынужденного антагонизма мы наблюдали у многих актиномицетов. Культуры, выращиваемые отдельно на питательных средах, не образуют антибиотических веществ, но в присутствии тех или других микробов (бактерий или грибов) эти вещества образуются и подавляют конкурентов. Два неактивных вида актиномицетов при совместном выращивании образуют антимикробные вещества. Все такие организмы обладают скрытой антагонистической способностью, наследственно не закрепленной. У большинства микробов-антагонистов свойство продуцировать антибиотики легко утрачивается, активные штаммы в процессе изменчивости превращаются в неактивные. Свойство это отмечается у многих производственных организмов и приносит немало забот в антибиотической промышленности и в лабораторной практике. Антибиотические вещества следует классифицировать как мощное оружие борьбы микробов с окружающими конкурентами, как биологически важный признак, формирующийся в сложных популяциях на протяжении всей истории развития вида, как свойство, определяющее степень развития и распространения микроорганизма в природе. Биологическая роль антибиотических веществ, а следовательно, и явления антагонизма в целом весьма велика в жизни почвенных организмов как высших, так и низших. Продуктами жизнедеятельности микробы-антагонисты подавляют своих конкурентов, вытесняют их из субстрата и таким образом оказывают определенное селекционирующее действие. Микробы-антагонисты регулируют в большей или меньшей степени формирование микробных ценозов в почве вообще. Им принадлежит большая роль в оздоровлении почв, в так называемом процессе самоочищения почв. Устранение вредной патогенной и фитопатогенной флоры и фауны осуществляется микробами-антагонистами. Микробы-антагонисты подавляют не только рост и размножение клеток конкурентов, но и многие функции их. Среди микроорганизмов находится много таких форм, которые подавляют определенные биохимические процессы у микробов же. Отмечается подавление ингибиторами процесса нитрификации, денитрификации, азотфиксации, разрушения клетчатки и др. Соответствующими культурами подавляется разложение органических веществ, брожение сахаров и т. д. Известны культуры микробов, которые задерживают образование определенных метаболитов, различных кислот, ферментов, биотических веществ — ауксинов, витаминов, аминокислот и прочих биокатализаторов. В почве имеются организмы, которые продуктами своей жизнедеятельности угнетают процессы образования токсинов, антибиотиков, а нередко инактивируют их в субстрате, если они там образуются. В литературе приводится материал о подавлении ингибиторами и их метаболитами процесса размножения клеток, спорообразования, почкования и полового процесса. Под влиянием ингибиторов нередко задерживается процесс дыхания. В присутствии антагонистов или продуктов их жизнедеятельности многие активные вещества — биокатализаторы, антибиотики, токсины, ферменты — утрачивают свойственные им функции, инактивируются. Токсины становятся безвредными, антибиотики перестают подавлять соответствующих микробов, ферменты не вызывают процесса разложения органических веществ и т. д. Вообще можно сказать, что для каждого метаболита создаются в живой природе антиметаболиты. Метаболит пенициллин становится небактерицидным для стафилококков и некоторых других бактерий, которые образуют антиметаболит — пеницилиназу. Сульфамидные соединения инактивируются бактериями, которые образуют параамино-бензойную кислоту или факторы Н, P и др. Муцин подавляет антибактериальное действие тиротрицина; танниновая кислота нейтрализует актиномицин. В нашей коллекции бактерий имелись штаммы, которые полностью инактивировали антибиотические вещества, образуемые спороносными бактериями Вас. subtilis, Вас. mesentericus, Вас. cereus. Мы имели также культуры бактерий, которые снимали токсический эффект, вызываемый метаболитами Ps. руосуапеа. Токсин гриба Botrytis cinerea нейтрализовался метаболитами некоторых актиномицетов. Раствор мицетина полностью подавляет развитие стафилококка Staph, aureus в разведении 1 : 10.000, а в присутствии клеток или фильтрата культуры палочки протея — Вас. proteus — антибактериальный эффект либо совсем не проявляется, либо становится очень слабым. Такое же инактивирующее действие в наших опытах оказывали культура кишечной палочки и некоторые штаммы из рода Pseudomonas. Инактивирующее действие микробов отмечалось нами и по отношению к другим антибиотикам. Антагонисты, как видно из изложенного, оказывают определенное угнетающее действие на разные формы микроорганизмов. Своей деятельностью они оказывают существенное влияние на формирование микробных ценозов в почве вообще и определяют в известной степени распространение и накопление отдельных видов почвенной микрофлоры. Антагонисты, следовательно, могут рассматриваться как один из мощных факторов плодородия почв и урожайности растений. Естественно, что эта группа микроорганизмов привлекает внимание многих специалистов — микробиологов, фитопатологов, растениеводов и других. Возможность практического использования антагонистов является одной из важнейших причин изучения явления антагонизма.
|