Изменение бактерий под влиянием растений

25.06.2014

Большое влияние на изменчивость микробов почвы оказывает растительный покров. Растения своими корневыми выделениями меняют природные свойства отдельных видов микроорганизмов.
В литературе неоднократно отмечалась различная реакция разных штаммов азотобактера на воздействие одного и того же растения. Высказывалось мнение о существовании так называемых местных рас азотобактера и даже о специфичности их в отношении к корневым выделениям растений.
Наши наблюдения показали, что данный микроб меняет свои свойства под влиянием корневых выделений пшеницы. Клетки его становятся все мельче и мельче, до едва видимых под микроскопом. С измельчанием клеток у них меняется жизнеспособность, а также утрачивается способность прорастать на обычных питательных средах.
При длительных воздействиях корневых выделений пшеницы происходит образование новых форм, заметно отличающихся от исходной культуры. Нами были получены три таких варианта.

Изменение бактерий под влиянием растений

Один из них, вариант А, имел клетки мелких размеров палочковидной формы, с однородной плазмой, без жироподобных включений. Отмечалось только наличие одного-двух мелких зернышек хромофильной субстанции. Сарциноподобных пакетов они не образовывали, капсулированных покоящихся форм не имели (рис. 34). В старых культурах клетки были укороченными, часто овальные и шаровидные, но без слизи. Слизеобразование у такого варианта отсутствовало или было слабо выражено. Колонии были слабо выпуклые, пастообразной консистенции или, реже, полуслизистые (рис. 35 А). Данный вариант несколько напоминает культуру Az. vinelandu, но не образует характерного для последней флюоресцирующего пигмента.

Второй вариант (Б) отличался от исходного несколько уменьшенными размерами клеток, слабым образованием слизи, клетки имел округлые, овальные, внутри содержащие жироподобное вещество (рис. 34 в). Колонии на среде Эшби слизистые, растекающиеся, прозрачные (рис. 35 Б).
Третий вариант (В) отличался от первых двух полиморфизмом клеток. В молодой культуре (2—3-суточной) на Эшби-агаре развивающиеся клетки имели разнообразную форму: круглую, овальную, палочковидную, иногда нитевидную длиной до 15 μ и более (рис. 34 г). Поперечник всех этих клеток не превышал 1,5 μ, а чаще 1—1,2 μ; редко встречались клетки более крупных размеров, 2—3 μ в диаметре.
Такие культуры мы обнаруживали в ризосфере пшеницы на полях опытной станции в Ершове (рис. 36). Одна из них была передана доктору Бачинской, которая подвергла ее тщательному изучению. Эта культура описана как новый вид азотобактера — Az. unicapsa. По своим морфологическим, культуральным и физиологическим признакам данный штамм не отличается от полученного нами варианта А.
Вторая культура соответствует экспериментальному варианту Б и может рассматриваться как новый вид или разновидность. Третий штамм напоминает экспериментальный вариант В тем, что образует длинные нитевидные клетки, достигающие 50 μ длины при поперечнике в 1,5—2 μ. Он по своим свойствам резко отличается от типичного азотобактера — Az. chroococcum и согласно правилам таксономии может рассматриваться как отдельная разновидность, если не вид того же рода.

Букач и Хейтцер провели подробные исследования многочисленных культур азотобактера, выделенных из прикорневой зоны и с корней 31 вида растений — бобовых и злаковых трав, зерновых, технических и овощных культур. Были изучены культуральные, морфологические и физиологические свойства выделенных штаммов. Авторы показали, что изученные ими штаммы отличались в большей или меньшей степени по внешним признакам и биохимически. Они различались интенсивностью дыхания, ферментативной активностью (по каталазе), отношением к pH среды, к повышенным концентрациям солей. Заметно отличались они также и азотфиксирующей способностью, и реакцией на корневые выделения разных растений; наконец, они оказывали различное влияние на рост и урожай растений. Авторы отмечали, что некоторые штаммы способствовали увеличению урожайности гороха и крапивы (Lamium album L.), но не какого-либо другого растения. Причем эти активные штаммы были выделены из прикорневой почвы тех же растений, что послужило для авторов поводом говорить о специфичности штаммов. Другие штаммы не обнаруживали такого специфического действия на растения.
Петренко приходит к заключению, что у азотобактера образуются варианты строго специализированные к определенным видам растений. Каждому виду растений, по его мнению, присущ свой штамм азотобактера подобно тому, как это наблюдается у клубеньковых бактерий. Отсюда и эффективность от применения данного микроба проявляется только в тех случаях, когда употребляется его специфический штамм. Аналогичные данные приводит Зиновьева.
К сожалению, авторы не подтверждают своих высказываний точными лабораторными экспериментами. Специфичность штаммов устанавливается только на основании данных по их эффективности в полевых условиях без соответствующего микробиологического анализа. Эффективность же азотобактера, как хорошо известно, бывает весьма различной в разных опытах. Даже в опытах на одной и той же культуре растений и на одном поле данные урожайности растений в зависимости от азотобактера весьма различны и противоречивы.
Следует иметь в виду, что азотобактер в силу полиморфизма в разных условиях, в разных точках одного и того же поля может проявляться по-разному, не меняя своей видовой сущности.
Резким изменениям подвергаются спороносные бактерии — Вас. mycoides, Вас. megatherium, Вас. mesentericus и др., когда они попадают в ризосферу растений. Клетки их утрачивают способность образовывать споры, становятся более короткими, цепочек-нитей не образуют, измельчаются, уменьшаясь не только в длину, но и в поперечнике; в результате получаются культуры с очень мелкими, деформированными элементами, с бледной, плохо окрашивающейся плазмой. Образование аспорогенных деформированных вариантов у указанных бактерий отмечается в литературе.
Архипов показал, что возбудитель сибирской язвы — Вас. anthracis заметно реагирует на воздействие некоторых растений. Клетки его теряют способность образовывать споры, становятся аспорогенными и одновременно непатогенными. Под воздействием растений получены дегенеративные формы, характерные необычным строением и развитием клеток.

В литературе имеются данные об изменчивости клубеньковых бактерий под влиянием растений. В наших опытах клубеньковые бактерии клевера и люцерны изменялись при воздействии на них корневых выделений гороха, пшеницы, льна, кукурузы и хлопчатника. Наиболее сильное влияние оказывала кукуруза. После полутора месяцев пребывания в ризосферном растворе данного растения бактерии клевера — Rh. trifolii резко деформировались. При высеве в чашки Петри на разные среды было получено от них несколько вариантов, которые отличались от исходной культуры и друг от друга морфологически, культурально и физиологически. Клетки некоторых вариантов имели сильно раздутую, шаровидную или веретеновидную, нитевидную форму и вакуолистую плазму с различными включениями (рис. 37). Такие клетки плохо развиваются на обычном для них бобовом агаре, колонии их очень мелки, пастообразны, плоски, без слизи. Долго они в лаборатории не сохраняются и прекращают развиваться на средах через несколько пересевов (пять — восемь).
Некоторые штаммы приобрели способность развиваться на белковой мясопептонной среде (МПА), тогда как исходная культура не развивается на ней. Полученные варианты отличались между собой и некоторыми биохимическими показателями. Они подкисляли молоко (исходная подщелачивает), сбраживали сахара, которые не сбраживаются исходным штаммом, разжижали желатину и т. д. (табл. 6).

Влияние растений на изменчивость микроорганизмов наглядно было показано в исследованиях с прививкой клубеньковых бактерий на корни вегетативно сросшихся бобовых культур. Если к одному виду бобовых растений привить ветку другого вида, например к сое фасоль или наоборот, а затем сросшиеся экземпляры заразить клубеньковыми бактериями подвоя или привоя, то в образовавшихся клубеньках можно обнаружить клетки бактерий, которые способны образовывать клубеньки на корнях привоя. Этим способом (метод ментора) нам удалось изменить свойства вирулентности у клубеньковых бактерий клевера, гороха, фасоли, сои, привить им способность формировать клубеньки на корнях чуждых для них растений. Клубеньковые бактерии, выделенные нами из клубеньков желтой акации, вегетативно сросшейся с чингилом, обладали способностью образовывать клубеньки на корнях отдельно растущего чингила. Исходные культуры, образующие клубеньки на корнях акаций, не образуют клубеньков на корнях чингила.
Подобные результаты были также получены Петерсон. Она инокулйровала вегетативно сросшиеся бобовые растения культурами клубеньковых бактерий подвоя и получала варианты со спецификой вирулентности, свойственной бактериям привоя.
Вильсон и Вагнер показали, что клубеньковые бактерии клевера изменяются в сторону приспособления к растению-хозяину. Если растение изменяется, то и клубеньковые бактерии соответственно изменяют свои свойства.
В литературе имеются сведения о приспособительной изменчивости фитопатогенных бактерий и грибов. Узко специализированные формы этих микробов, по мнению специалистов, образовались в процессе адаптивной изменчивости.
Горленко с сотрудниками показал, что некоторые штаммы спороносной бактерии — Вас. mesentericus и неспороносной формы — Pseudomonas fiuorescens путем соответствующего воспитания на искусственных питательных средах и на растительных субстратах превращаются в фитопатогенные формы.
Приведенные данные дают основание полагать, что растения воздействуют определенным образом на изменчивость микроорганизмов. Мы, к сожалению, не имеем возможности выявить тонкие изменения, которые происходят у многих других отдельных видов при воздействии на них корневых выделений или вернее всей ризосферы того или другого растения. Мы не можем в точности сказать, каким остается тот или другой организм, когда его вносят под растения, происходят ли в нем какие-либо изменения или он остается таким же, каким был в исходной культуре.
Существенным фактором изменчивости микробов в почве является микрофлора. В почве обитает большое количество антагонистов, резко подавляющих рост отдельных видов. На азотобактера, например, вредно действуют многие спороносные бактерии, актиномицеты, грибы, простейшие и др. Под влиянием этих ингибиторов данный микроб либо погибает, либо, приспосабливаясь, меняет свои свойства. Устойчивые к ингибиторам формы у азотобактера наблюдаются нередко. Они отличаются от исходных рядом морфологических, культуральных и физиологических признаков. Некоторые из них интенсивней фиксируют молекулярный азот, другие, наоборот, становятся менее активными или вовсе теряют эту способность. Конокотина получила варианты азотобактера под влиянием почвенных амеб, для которых они были несъедобны — амебы их не заглатывали. Эти варианты отличались от исходного штамма пигментацией, характером роста на среде Эшби, строением клеток, способностью образовывать слизистые капсулы и пр.
Африкян наблюдал образование резистентных форм азотобактера по отношению к микробам-антагонистам, бактериям и актиномицетам.
Получаемые таким образом варианты во многих случаях оказываются наследственно закрепленными формами. Они длительное время, годами, сохраняются в условиях лабораторного роста. Здесь мы имеем дело не с полиморфизмом бактерий, а с видовой изменчивостью, совершающейся в естественных условиях их обитания.
Клубеньковые бактерии меняют свои видовые свойства под влиянием почвенной микрофлоры. Конокотина приводит данные наблюдений за изменением клубеньковых бактерий сои под влиянием чистых культур спороносных бактерий — Вас. subtilis. Автором получены варианты, среди которых три резко отличались своими свойствами от исходной формы. Активность их была, примерно, в два раза выше активности исходной культуры.