Geum.ru

Аналитический обзор по тематике Всероссийской конференции с международным участием

Вид материалаДокументы
Подобный материал:
Аналитический обзор по тематике

Всероссийской конференции с международным участием

«Фундаментальные и прикладные аспекты исследования симбиотических систем», проведенной в Саратове 25-27 сентября 2007 г. в Институте биохимии и физиологии растений и микроорганизмов РАН.


Симбиоз (греч. symbiosis – совместная жизнь) – это одна из основных стратегий эволюции и поддержания жизни на нашей планете. Как отмечено в пленарном докладе Н.А. Проворова и Н.И. Воробьева (ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии РАСХН, Санкт-Петербург), несмотря на чрезвычайное таксономическое, генетическое и структурно-функциональное разнообразие растительно-микробных взаимодействий, их характеризует историческая преемственность, позволяющая рассматривать разные формы симбиоза как компоненты единого эволюционного континуума. Его анцестральной формой считается арбускулярная микориза (АМ), возникшая на заре эволюции наземной флоры и явившаяся одним из основных факторов колонизации растениями суши. В процессе эволюции АМ у растений сформировались генные системы, регулирующие жизнедеятельность микроорганизмов в корнях. Впоследствии эти системы перестраивались по мере вовлечения в орбиту взаимодействий новых мутуалистических симбионтов (азотфиксирующие бактерии, эктомикоризные грибы, эндофиты и эпифиты) и фитопатогенов. Со стороны микроорганизмов эволюционная преемственность мутуализма и антагонизма ограничена защитными симбиозами, образуемыми с участием спорыньёвых грибов или бактерий Clavibacter. Наличие у неродственных микроорганизмов сходных систем для взаимодействия с растениями связано с конвергентной эволюцией (адаптация к консервативным регуляторным факторам хозяина), молекулярной мимикрией (имитация механизмов взаимодействия, использовавшихся более древними микросимбионтами) или с горизонтальным переносом генов. Предложена гипотеза последовательного замещения симбионтов, описывающая соотношение АМ и азотфиксирующих клубеньковых симбиозов у двудольных растений. Развитие трофических симбиозов с микроорганизмами рассматривается как древнейшая функция корней, которая в процессе их эволюции могла быть дополнена или замещена функцией усвоения питательных веществ почвы.


Как отметила в своем докладе Е.А. Сережникова (Палеонтологический институт РАН, Москва), уже очень древние ископаемые (вендские, ~558-555 млн. лет), возможно, именно симбиозу с бактериями обязаны развитием специфических признаков, не исключающих разных трактовок их систематического положения: от многоклеточных животных до гигантских многоядерных простейших, колониальных бактерий или лишайников. Исследования симбиотических взаимодействий современных животных с сульфатредуцирующими, метанотрофными, фотосинтезирующими бактериями, открытие взаимного влияния геномов симбионтов не противоречат интерпретации вендских многоклеточных как симбиотрофных организмов.


На конференции обсуждались разнообразные аспекты взаимодействия микроорганизмов с животными (О.А. Горелова с соавт., Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова; А.А. Варшавский, Институт проблем экологии и эволюции РАН, Москва; А.П. Самсонова с соавт., НИИ эпидемиологии и микробиологии РАМН, Москва; В.В. Парфенова с соавт. и С.Ю. Максименко с соавт., Лимнологический институт СО РАН, Иркутск, и др.); грибами (Л.В. Степанова с соавт., Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов РАН, Саратов; Л.А. Власова и О.Б. Сопрунова, Астраханский государственный технический университет, и др.) и насекомыми (М.В. Жукова с соавт., Институт цитологии и генетики СО РАН, Новосибирск и др.).


Преобладающее количество докладов было посвящено биохимическим, генетическим и экологическим аспектам взаимодействий высших и низших растений с микроорганизмами. По словам акад. РАСХН И.А. Тихоновича (ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии РАСХН, Санкт-Петербург), способность адаптироваться к действию биотических и абиотических стрессов благодаря сосуществованию с микроорганизмами – одно из фундаментальных свойств растительного организма. Генетический анализ растительно-микробных взаимодействий показал необходимость пересмотра традиционного механистического взгляда на растение как на химический агрегат, который вырабатывает органические соединения из неорганических, используя солнечную энергию. Сейчас растение рассматривается уже как организатор симбиотического сообщества, в котором выполнение жизненно важных (трофических, защитных) функций хозяина делегировано его микросимбионтам. Результатом образования таких сообществ является повышение экологической самодостаточности растительного организма, связанное с тем, что устойчивость к лимитирующим (стрессовым) абиотическим факторам возрастает благодаря мобилизации ресурса симбиотических взаимодействий. Эволюционно сложившиеся системы растительно-микробных симбиозов были разбалансированы в ходе формирования культурной флоры, поскольку при доместикации и селекции растений человек взял на себя выполнение ряда их адаптивных функций, применяя различные агрохимикаты и агротехнические приемы. Эти подходы позволили существенно повысить продуктивность основных сельскохозяйственных культур. Однако цена сложившихся систем интенсивного земледелия оказалась непомерно высокой, так как оно привело к беспрецедентному ухудшению глобальной экологической обстановки. Наиболее изученными его факторами являются накопление в почвах и воде продуктов трансформации удобрений и пестицидов, которые оказывают мутагенное и токсическое воздействие на живые организмы. Реальной альтернативой использованию агрохимикатов являются микробные препараты, которые обеспечивают аналогичные функции, практически не влияя на экологическую обстановку в агроценозе. Очевидно, что сохранение высокой продуктивности растений невозможно при полном отказе от агрохимикатов, однако уровень их внесения может быть уменьшен многократно, без чего развитие адаптивных форм растениеводства не представляется возможным. В ходе окультуривания и селекции растений они в значительной степени утратили способность адаптироваться к неблагоприятным условиям среды благодаря симбиозам с микроорганизмами. Восстановление и приумножение симбиотических свойств является важной задачей селекционеров и генных инженеров растений. Основой для этой работы должно быть максимально широкое использование дикорастущих и мало окультуренных форм. Важным условием повышения эффективности растительно-микробных взаимодействий является проведение координированных генетических модификаций его участников и создание комплементарных сочетаний генотипов, обеспечивающих высокую эффективность симбиоза. Потенциал использования этого подхода весьма значителен: установлено, что, путем генетического улучшения бобово-ризобиальных систем уровень симбиотической азотфиксации может быть повышен в 3-4 раза.


Сообщества высших водных растений с перифитонными микроорганизмами являются сложно организованными системами ассоциативного либо симбиотического характера, для которого характерны высокая плотность бактериальной популяции, обмен органическим веществом и биологически активными молекулами. При этом регуляция колонизации бактериями поверхности макрофитов осуществляется, в том числе, и с помощью экскретируемых фитонцидов. Ю.А. Тумайкиной и О.В. Турковской (Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов РАН, Саратов) исследована антибактериальная активность элодеи канадской (Elodea canadensis) к ряду коллекционных и выделенных с ее поверхности микроорганизмов. Показано, что элодея канадская способна активно формировать состав своего перифитонного бактериального сообщества.


Жизнедеятельность фитогидроценозов происходит в среде, обеспечивающей идеальные коммуникативные возможности, но лимитированной трофическими элементами. Это позволяет рассматривать их как особую форму симбиотического взаимодействия. При этом важными элективными и регулирующими факторами жизнедеятельности фитогидроценозов являются такие физико-химические параметры среды, как рН, RH и др. Предпринятое О.В. Илюховой с соавт. (Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов РАН, Саратов) исследование динамики рН культуральной минеральной среды после интродукции в нее растений вольфии бескорневой выявило способность растений к активному ионному взаимодействию с окружающей средой. Предполагается, что широкий диапазон изменения значений рН среды в процессе роста культуры вольфии бескорневой может являться важным фактором ионной ремедиации водоемов и элективным фактором формирования гидроценозов.


Доклады Е.С. Лобаковой, О.И. Баулиной, О.А. Гореловой с соавт. (Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва) были посвящены интереснейшей группе симбиозов растений и микробов - синцианозам, названным так в связи с доминированием в них такого микросимбионта, как азотфиксирующие цианобактерии. Авторами описана обратимая перестройка ультраструктуры бактерий в ответ на изменение внешних условий (ультраструктурная пластичность, или УП), которая является составляющей фенотипической пластичности. Изучение УП рассматривается как новая стратегия индикации действия вероятных адаптационных механизмов цианобактерий при заселении растительных тканей. Различные формы проявления УП на субклеточном, клеточном и популяционном уровнях обнаружены у лабораторных штаммов цианобактерий в модельных ассоциациях с растительными партнёрами (суспензионные и каллусные культуры, растения-регенеранты, черенки целых растений), а также у Nostoc spp. в симбиозах с саговниками и мхом Blasia pusilla. Характер и разнообразие форм проявления УП разных видов свободноживущих (использованных в модельных ассоциациях) и симбиотических цианобактерий соответствуют физиологическим особенностям видов, способности к формированию устойчивых модельных ассоциаций и, как правило, природных симбиозов с высшими растениями. Формы проявления УП указывают на возможное действие у цианобактерий в симбиогенезе таких адаптационных механизмов, как везикулярный транспорт с участием наружной или цитоплазматической мембраны, L-трансформация, внутрицитоплазматический синтез кислых экзополисахаридов, формирование межклеточного матрикса и др.


В нескольких докладах обсуждалась фенотипическая и генетическая гетерогенность, выявленная авторами в популяциях ассоциативных бактерий Azospirillum brasilense и Azospirillum lipoferum (И.В. Борисов и Е.И. Кацы, Л.П. Петрова с соавт., А.В. Шелудько с соавт., Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов РАН, Саратов), молочнокислых бактерий Lactobacillus acidophilus и Lactococcus lactis (Н.А. Голод с соавт., Российский химико-технологический университет им. Д.И. Менделеева, Москва) и клубеньковых бактерий Sinorhizobium meliloti (О.А. Затонских с соавт., Институт микробиологии РАН, Москва и Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов РАН, Саратов). Внутрипопуляционная гетерогенность, в частности, способствует обеспечению результативности симбиотических взаимодействий, вирулентности и персистенции патогенных и условно-патогенных микроорганизмов в организмах хозяев.


Важную роль во взаимодействиях микро- и макроорганизмов играет социальная активность бактерий (разнообразные виды социальной подвижности, формирование бактериальных пленок и пр.). Л.Ю. Матора с соавт. (Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов РАН, Саратов) для оценки роли поверхностных структур в реализации социальной активности бактерий рода Azospirillum развиты иммунохимические приемы с использованием антител на различные детерминанты поверхности бактерий. Исследована природа межклеточного биополимерного вещества, образуемого азоспириллами при прикреплении к поверхности корней растений, полистиролу и стеклу. Разработан протокол иммуноферментного анализа для количественной оценки колонизации азоспириллами корней растений с использованием антител различной специфичности. Анализ динамики колонизации корней проростков пшеницы мутантами и родительским штаммом Azospirillum brasilense Sp245 позволил предположить, что заселение растущих корней (после “заякоривания” клеток) азоспириллами может происходить в результате реализации механизма распространения с образованием микроколоний. Установлено, что в процессе взаимодействия с корнями проростков пшеницы у азоспирилл происходит усиление синтеза определенных поверхностных белков.


Азоспириллы – бактерии, живущие в ассоциации с растениями в их ризосфере, ризоплане и внутри корней многих хлебных злаков, злаковых трав и представителей других семейств растений. Целый ряд низко- и высокомолекулярных метаболитов участвует в формировании и функционировании этих ассоциаций. Познанию механизмов формирования ассоциаций, очевидно, должно предшествовать изучение самих поверхностных структур рассматриваемых микроорганизмов, а также компонентов, выделяемых ими в окружающую среду. Как отмечено в пленарном докладе С.А. Конновой (Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов РАН, Саратов), весьма важную и многообразную роль в успешном функционировании растительно-микробных сообществ играют полисахариды бактерий. Микробные гликополимеры формируют рыхлый поверхностный слой, содействующий выживанию бактерий в почве, посредством защиты их от высыхания, воздействия кислорода на кислород-чувствительные ферментативные системы, негативного действия тяжёлых металлов и других токсических веществ. Гликополимерный каркас участвует в агрегации микроорганизмов, иммобилизации бактерий на твёрдых поверхностях, что содействует сохранению популяции. Продолжительность и условия выращивания бактерий оказывают существенное влияние на состав внеклеточных полисахаридов. Этот факт, учитывая энергоемкость строительства таких биополимеров, говорит об их большой функциональной нагрузке.


В серии докладов сотрудников Института биохимии и физиологии растений и микроорганизмов РАН (И.В. Егоренкова с соавт., А.С. Бойко с соавт., К.В. Трегубова с соавт. и др.) представлены данные, подтверждающие важную роль углеводных полимеров клеточной поверхности Paenibacillus polymyxa и Azospirillum в ассоциативном взаимодействии с растениями.


Пленарный доклад Е.И. Кацы с соавт. (Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов РАН, Саратов) был посвящен генетическим аспектам образования мажорных полимеров клеточной поверхности азоспирилл – липополисахаридов (ЛПС) и экзополисахаридов. С помощью мутационного анализа и секвенирования ДНК у Azospirillum впервые идентифицированы гены гликозилтрансфераз, участвующих в синтезе коровой части ЛПС. Выявлено существование у Azospirillum brasilense Sp245 альтернативного пути биосинтеза ЛПС, реализовавшегося в результате крупной плазмидной перестройки. Получены данные о возможности независимой внутригеномной и межгеномной миграции кластера генов синтеза ЛПС.


Симбиотические азотфиксирующие бактерии Rhizobium leguminosarum bv. viciae VF39 секретируют кислый гетерополисахарид, необходимый для установления симбиоза между этим микроорганизмом и рядом бобовых растений. Т.В. Ивашиной с соавт. (Институт биохимии и физиологии микроорганизмов РАН, Пущино Московской обл.) исследован вопрос о том, какие структурные элементы ЭПС существенны для формирования симбиоза. Для решения поставленной задачи осуществлен мутагенез ряда генов, продукты которых участвуют в модификации ЭПС, и проанализировано взаимодействие мутантных бактерий с растениями-хозяевами. В результате получены данные, свидетельствующие о том, что немодифицированный ЭПС не подвергается гидролизу гликозилгидролазами и, как следствие, не играет роль сигнального фактора в симбиозе.


Осуществляемые многими бактериями процессы восстановления нитрата до нитрита и, далее, до NO, N2O и N2 могут влиять на ассоциативные взаимодействия микробов и растений. В результате секвенирования фрагмента 85-МДа плазмиды штамма Sp245 О.В. Кулибякиной с соавт. (Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов РАН, Саратов) у Azospirillum brasilense обнаружен и полностью секвенирован ген nirK медьсодержащей диссимиляторной нитритредуктазы, а также охарактеризован гипотетический белковый продукт этого гена. С учетом литературных данных о частичном секвенировании гена Azospirillum brasilense Sp245 nirS, кодирующего цитохром(cd1)-нитритредуктазу, стало ясно, что эта бактерия обладает структурными генами двух диссимиляторных нитритредуктаз, что является очень редким, если не исключительным, явлением среди изученных денитрификаторов.


На одном из заседаний обсуждалась роль лектинов как факторов коммуникации и молекулярных сигналов в межорганизменных взаимодействиях. Как отметила в своем докладе Л.П. Антонюк (Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов РАН, Саратов) растительным лектинам присуща полифункциональность. Известно, что они проявляют свою биологическую активность как в самом растении, так и при взаимодействии растения с его микросимбионтами и патогенной микрофлорой. Накопленные за последние десятилетия данные свидетельствуют о том, что, по крайней мере, лектины злаковых и бобовых растений могут связываться с бактериями-симбионтами (ризобиями, азоспириллами, бациллами), вызывая у последних перестройки, значимые для формирования и функционирования симбиоза.


Лектины азоспирилл, находящиеся на поверхности бактерий, входящих в состав азотфиксирующих сообществ в прикорневой зоне растений, способны оказывать влияние на гидролитические ферменты бактериальной и растительной клеток. С.А. Аленькиной и В.Е. Никитиной (Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов РАН, Саратов) показано, что углеводсвязывающие свойства лектинов играют значительную роль в проявлении ингибирования β-глюкозидазы. Аналогичные результаты получены при исследовании другого фукозоспецифичного лектина – из коры бобовника анагиролистного. Установлено, что растительный лектин также оказывает ингибирующее действие на β-глюкозидазу. Поскольку ингибирование эффектов после предобработки клеток специфическими гаптенами лектинов не было полным, не исключено участие и неспецифических механизмов в образовании лектин-ферментных комплексов.


Известно, что лектины бобовых растений играют существенную роль в установлении первичных контактов растения-хозяина с микросимбионтом путем их связывания с углеводным компонентом поверхности бактериальных клеток. Однако формирование симбиотической системы не ограничивается только этим связыванием, а представляет собой сложный процесс дальнейшего взаимодействия обоих партнеров. С.А. Коць с соавт. (Институт физиологии растений и генетики НАН Украины, Киев) показали, что при инокуляции семян разными штаммами ризобий лектиновая активность в различных органах люпина и особенно клубеньках существенно различается и зависит от активности штамма. Установлена прямая зависимость между лектиновой и азотфиксирующей активностью клубеньков, что, по мнению авторов, указывает на непосредственное участие лектинов в функционировании нитрогеназного комплекса. Этими же авторами выявлено, что изменение показателей интенсивности фотосинтеза в условиях различного обеспечения растений сои минеральным и биологическим азотом сопровождается изменением гемагглютинирующей активности белков в листьях. Комплексная обработка семян бобовых культур суспензией клубеньковых бактерий и лектином повышает их урожайность на 15–23% по сравнению с обычной инокуляцией, что, как считают С.А. Коць с соавт., дает основание рассматривать данный белок как эффектор роста и развития растительного организма в целом.


Е.В. Кириченко (Институт физиологии растений и генетики НАН Украины, Киев) при изучении биологической активности лектинов сои и гороха по отношению к Bradyrhizobium japonicum и Rhizobium leguminosarum bv. viciae показано, что лектины способствуют активизации основных симбиотических свойств ризобий: клубенькообразующей способности, нитрогеназной активности клубеньков и эффективности.


Потенциальная способность фитолектинов распознавать слабые различия в структуре углеводов послужила основанием для предположения об их участии в узнавании растением микроорганизмов и включении защитных механизмов. О.А. Тимофеевой с соавт. (Казанский государственный университет и Казанский нститут биохимии и биофизики КазНЦ РАН), высказано предположение о том, что выявленное повышение активности лектина пшеницы в ответ на инфицирование микоплазмами можно рассматривать как защитный механизм растения, степень реализации которого увеличивается в условиях низкотемпературного закаливания.


В формирование специфичности взаимодействия симбионтов вовлечены лектины растений, вносящие больший или меньший вклад в возможность формирования симбиоза. В.И. Салямовым с соавт. (Институт биохимии и генетики УНЦ РАН, Уфа) исследовано влияние гибридных лектинов на первый этап взаимодействия бобовых растений с ризобиями – преинфекцию. Лектины, синтезированные в прокариотической экспрессионной системе, представляли собой лектин гороха посевного (Pisum sativum), углеводсвязывающий участок которого в 96 аминокислотных остатков замещен на таковой лектина донника белого (Melilotus albus) – лектин PSL/MAL и клевера лугового (Trifolium pratense) – лектин PSL/TPL. При этом, как показал анализ их углеводсвязывающих свойств, произошло изменение специфичности к моно- и дисахаридам относительно лектина гороха. Выраженный эффект гибридного лектина PSL/MAL при экзогенной обработке им бактерий Rhizobium meliloti в ризосфере люцерны посевной наблюдался на 4 сутки: аккумуляция клубеньковых бактерий в зоне корневых волосков в виде бактериальных чехлов, многочисленные искривления корневых волосков и волоски в форме барабанной палочки. В контрольном варианте без гибридного лектина подобных ответных реакций практически не было. Сходную картину наблюдали в опыте с обработкой бактерий Rhizobium leguminosarum bv. trifolii лектином PSL/TPL в ризосфере клевера, где также по сравнению с контролем значительно возросли указанные ответные реакции. Таким образом, для данных симбиотических систем Medicago sativa – Rhizobium meliloti и Trifolium pratense – Rhizobium leguminosarum bv. trifolii можно говорить об усиливающем эффекте лектина уже на стадии преинфекции. Гибридные лектины, полученные замещением углеводсвязывающего участка лектина гороха соответствующим участком лектина донника белого и клевера лугового, вызывали реакции, сходные с таковыми на доннике и клевере при инокуляции их специфичными клубеньковыми бактериями. Это свидетельствует о важности и данного участка, и углеводсвязывающей активности лектина в его влиянии на бобово-ризобиальные взаимодействия.


Ключевую роль в формировании лишайникового симбиоза играют механизмы узнавания и закрепления мико-, фико- и цианобионта. Лишайниковые лектины расположены на поверхности гиф микобионта. Согласно распространенной точке зрения, они высокоспецифично связывают поверхностные углеводные детерминанты цианобактерий и таким образом участвуют в узнавании и селекции подходящих штаммов. В работе А.С. Феоктистова с соавт. (Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, Москва) был использован трехкомпонентный лишайник Peltigera aphthosa (L) Willd, из гомогенатов таллома которого получен препарат лектина с молекулярной массой ~60 кДа. Выделенный лектин имеет гликопротеидную природу и проявляет высокую специфичность к D-галактозе. Авторами работы показано возможное участие агглютинина из лишайника Peltigers aphthosa в связывании цианобионта и в регуляции формирования цефалодиев.


Открытым остается вопрос о молекулярных механизмах, лежащих в основе регистрируемых ответов бактерий на растительные лектины и растений - на лектины бактерий.


Микробные сообщества корневой зоны растений занимают особое место в системе управления факторами естественного плодородия почв. Для коррекции состава и функций таких сообществ применяют микробные препараты. В пленарном докладе И.К. Курдиша с соавт. (Институт микробиологии и вирусологии НАНУ, Киев) были освещены основные результаты работ по селекции и интродукции в корневую зону растений высокоактивных штаммов азотфиксирующих Azotobacter vinelandii и фосфатмобилизующих Bacillus subtilis. Интродукция смесей микробных суспензий вышеназванных бактерий оказывала синергическое действие на развитие и урожай растений, значительно превосходящее влияние отдельных компонентов. В результате изучения взаимодействия азотфиксирующих и фосфатмобилизующих бактерий с глинистыми минералами созданы гранулированные бактериальные препараты комплексного действия, которые улучшают азотное и фосфорное питание растений, синтезируют ростстимулирующие вещества, а также угнетают развитие фитопатогенных микроорганизмов. Препараты комплексного действия оказывают более заметное стимулирующее влияние на развитие и урожай растения, чем таковые на основе монокультур.


В докладе И.Н. Гоготова (Институт фундаментальных проблем биологии РАН, Пущино Московской обл.) была представлена интересная информация о симбиозе водного папоротника Azolla с нитчатой азотфиксирующей цианобактерией Nostoc azollae, пурпурной бактерией Rhodobacter sp. и хемотрофной бактерией Artrobacter sp. В странах с теплым климатом разные виды азоллы применяют в качестве источника связанного азота для повышения плодородия почв рисовых полей, как источник фитогормонов для повышения всхожести семян и урожая практически важных культур, получения биогаза и корма для птиц и рыб, а также очистки почв и вод от разнообразных поллютантов. При использовании азоллы почва дополнительно обогащается органическими соединениями и азотом, фитогормонами (ауксином, гиббереллином и цитокинином); улучшается её структура; повышается урожайность риса. Удаление какого-либо из компонентов ассоциации резко снижает скорость роста культуры и её биотехнологический потенциал.


Понимание того, что сообщество микроорганизмов обладает большей синергетической “силой”, чем один вид, а также практическая целесообразность объединения несколько функций, способствовали появлению нового поколения биопрепаратов на основе комплекса (двойные и тройные системы) симбиотических и свободноживущих микроорганизмов-азотфиксаторов, фосфоредукторов (бактерии и микориза), бактерий, стимулирующих рост растений, и микроорганизмов-антагонистов фитопатогенов. Реже встречается опыт отбора “готовых” природных ассоциаций микроорганизмов, детальная информация по селекции которых практически отсутствует. Предметом исследований С.Р. Гариповой с соавт. (Башкирский государственный университет, Уфа) явилась стабильность и изменчивость свойств бактериальных ассоциаций, выделенных из клубеньков гороха, отбор эффективных микробных сообществ, идентификация бактерий-спутников ризобий и выяснение их роли в обеспечении взаимовыгодных отношений.


В формировании растительно-микробных систем важную роль играют метаболиты партнеров симбиоза и регуляторы роста растений, используемые в современных агротехнологиях. Большой интерес представляет выяснение участия в этих процессах флавоноидов, которые, как известно, активируют nod-гены и способны влиять на развитие почвенных микроорганизмов. Мало изученным остается вопрос влияния регуляторов роста растений на почвенные микроорганизмы, в частности, на симбиотрофные азотфиксаторы и их взаимоотношения с партнерами. В работе Г.А. Иутинской с соавт. (Институт микробиологии и вирусологии НАНУ, Киев) были использованы два штамма ризобий сои: высокоэффективный и малоэффективный, а также фиторегулирующие вещества: флавоноиды дайдзеин и кверцетин, регуляторы роста растений ивин и эмистим С. При действии исследуемых фиторегулирующих веществ изменялась ростовая и биосинтетическая активность ризобий сои, а также уровень их азотного метаболизма. Это может влиять на сапрофитную компетентность и конкурентоспособность микросимбионтов в агрофитоценозах и на эффективность сформированных ими симбиотических систем.


Применение для инокуляции растений азотфиксирующих бактерий, способных к эндофитии, как полагают Ю.А. Гончар с соавт. (Институт сельскохозяйственной микробиологии УААН, Чернигов, Украина), является более перспективным, поскольку обеспечивает более тесное взаимодействие бактерий с растением и большую устойчивость по отношению к неблагоприятным условиям окружающей среды. Показано, в частности, что Azospirillum brasilense, выделенные из клубенькоподобных структур, спонтанно образовавшихся на корнях растения шелковицы, способны проникать во внутренние ткани корней данного растения и обеспечивать значительное увеличение продуктивности и качества его листовой продукции.


Использование природного адаптационного потенциала растительно-микробных ассоциаций составляет основу современной биотехнологии рекультивации загрязненных экосистем. Вместе с тем, взаимодействия между растениями и микроорганизмами, которые приводят к усилению процессов ремедиации, до сих пор не вполне понятны и требуют дальнейшего изучения. Целью представленной на конференции работы А.Ю. Муратовой с соавт. (Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов РАН, Саратов) являлось исследование взаимодействия штамма Sinorhizobium meliloti P221, продуцирующего фитогормон индолил-3-уксусную кислоту (ИУК) и способного разрушать полициклические ароматические углеводороды (ПАУ), и Sorghum bicolor L. Moench, применяемого в фиторемедиации ПАУ-загрязненного грунта, в присутствии трехкольцевого ароматического углеводорода фенантрена. Обнаруженные этими авторами закономерности доказывают, что условия ризосферы являются наиболее благоприятными для деградации поллютантов.


Н.Н. Поздняковой с соавт. (Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов РАН, Саратов) из нефтезагрязненной территории Саратовского нефтеперерабатывающего завода был изолирован и предварительно идентифицирован как Agaricus sp. почвообитающий базидиомицет. Исследована деструктивная активность этого гриба в комплексе с природной почвенной микрофлорой по отношению к углеводородам нефти. Обнаружено, что снижение общего содержания углеводородов в почве составляет ~30% за 4 недели. При этом почвенная микрофлора наиболее активно разрушала парафино-нафтеновую фракцию, затрагивая моно/бициклические ароматические углеводороды, однако фракция ПАУ оказалась для нее малодоступной. В то же время гриб Agaricus sp. F-8, практически не затрагивая парафино-нафтеновую фракцию, оказался очень активным деструктором фракции ПАУ. Таким образом, выделенный авторами гриб Agaricus sp. F-8 является перспективным объектом для дальнейших исследований деградации ПАУ, а в комплексе с почвенной микрофлорой – для создания перспективных технологий восстановления загрязненных почв.


Ряд экспериментальных данных поддерживает идею о том, что бактериально-растительные взаимодействия могут опосредоваться через изменения ризосферной концентрации ИУК. Целью исследования С.Н. Голубева с соавт. (Институт биохимии и физиологии растений и микроорганизмов РАН, Саратов) был анализ возможного сценария фитогормональной регуляции взаимодействий между Sinorhizobium meliloti P221, продуцентом ИУК и деструктором полициклических ароматических углеводородов, и Sorghum bicolor, фиторемедиантом нефтезагрязненных почв, при внесении в грунт фенантрена. Установлено, что под влиянием ксенобиотика содержание фитогормона в ризосфере сорго снижалось. Аккумуляция ИУК в ризосфере бактеризованного растения обнаружена в условиях сильного загрязнения и при его отсутствии. В обоих случаях она сопровождалась убылью предшественника фитогормона триптофана в ризосфере и колонизацией инокулянтом корневой зоны. Вместе с тем, в отсутствие загрязнения инокуляция растения значительно стимулировала корневую экссудацию, но замедляла накопление биомассы сорго. Иная картина наблюдалась при поллютантном воздействии. Инокуляция снижала интенсивность корневой экссудации, но из-за значительного увеличения площади поверхности корней концентрация экссудируемых веществ в ризосфере возрастала, хотя и в меньшей степени, чем при отсутствии поллютантного давления. Выживаемость и ростовые параметры бактеризованного сорго по сравнению с небактеризованным заметно улучшались. Авторы пришли к выводу о том, что в результате загрязнения грунта фенантреном может иметь место следующая последовательность событий. Под влиянием ксенобиотика снижается содержание ИУК и легкодоступных источников углерода в ризосфере сорго, что усиливает бактериальный синтез фитогормона. В свою очередь, аккумуляция ИУК в ризосфере вызывает увеличение площади корневой поверхности растения, что, с одной стороны, приводит к улучшению поглощения корнями воды и питательных веществ и росту сорго, а с другой - к расширению колонизируемого Sinorhizobium meliloti P221 пространства.


Среди большого числа абиотических факторов, вызывающих стресс у растений, в последнее время все большее значение приобретает токсическое действие тяжелых металлов. Поступая в растения, тяжелые металлы ингибируют активность большинства ферментов, нарушают минеральное питание и водный режим, подавляют рост и снижают урожайность сельскохозяйственных культур. Как полагают З.М. Курамшина с соавт. и Р.М. Хайруллин с соавт. (Стерлитамакская государственная педагогическая академия, Башкирский государственный аграрный университет, Уфа) одним из новых подходов к повышению устойчивости растений к стрессам, в том числе, к действию тяжелых металлов, может стать использование эндофитных бактерий (Bacillus subtilis и др.) для обработки семян.


Таким образом, на конференции были обсуждены результаты и перспективы исследований разнообразных симбиотических систем и их практического использования для повышения плодородия почв и очистки окружающей среды от ксенобиотиков.