научная статья по теме ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ПЛАСТИЧНОСТЬ ГРИБОВ РОДА TRICHODERMA В ЧЕРНОЗЕМЕ ВЫЩЕЛОЧЕННОМ Сельское и лесное хозяйство

Текст научной статьи на тему «ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ПЛАСТИЧНОСТЬ ГРИБОВ РОДА TRICHODERMA В ЧЕРНОЗЕМЕ ВЫЩЕЛОЧЕННОМ»

ПОЧВОВЕДЕНИЕ, 2010, № 3, с. 342-348

БИОЛОГИЯ ПОЧВ

УДК 582.28

ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ ПЛАСТИЧНОСТЬ ГРИБОВ РОДА TRICHODERMA В ЧЕРНОЗЕМЕ ВЫЩЕЛОЧЕННОМ

© 2010 г. И. Д. Свистова, Т. Ю. Сенчакова

Воронежский государственный педагогический университет, Воронеж, 394043, ул. Ленина, 86

e-mail: svistova11@mail.ru Поступила в редакцию 19.12.2008 г.

Изучены аутэкологические свойства экотипов грибов рода Trichoderma, выделенных из чернозема выщелоченного в агроэкосистемах лесостепной зоны европейской части России. Впервые проведены комплексные исследования синэкологических связей микромицетов этого рода в системе почва — микробное сообщество — растения, а именно — взаимоотношений с почвенными сапротрофными грибами, бактериями, актиномицетами, растениями и фитопатогенными грибами. Показано, что экологическая пластичность рода в почве данной природной зоны определяется скоростью, рН и температурным оптимумом роста видов, биосинтезом внеклеточных гидролитических ферментов, спектром биологического действия микотоксинов, способностью к паразитизму. Оценена эффективность интродукции в чернозем выщелоченный видов Trichoderma, типичных и нетипичных для данной почвы, и их влияние на структуру микробного сообщества. Экотип T. pseudokoningii перспективен для промышленной биотехнологии как продуцент целлюло-литических ферментов, а экотип T. harzianum может использоваться в почвенной биотехнологии в качестве агента биоконтроля на черноземах. Коммерческий биопрепарат триходермин в черноземах значительно нарушает структуру микробного сообщества.

ВВЕДЕНИЕ

Дейтеромицеты рода Trichoderma — сапротро-фы — широко распространены в почвах разных природных зон. Виды рода Trichoderma используют в биотехнологии для получения ферментных препаратов: T. reesei, T. longibrachiatum — наиболее активные продуценты внеклеточных целлюлаз [6, 18], T. viride, T. hamatum синтезируют протеазы и пектиназы, T. viride, T. harzianum — хитиназы и ß-1,3-глюканазы [9].

Микромицеты этого рода используют также в качестве агентов биоконтроля: на основе вида T. lignorum, выделенного из дерново-подзолистой почвы, производят биопрепарат триходермин для борьбы с грибными болезнями растений [3, 12]. В последние годы под названием "триходермин" стали использовать биопрепараты на основе других видов Trichoderma (T. harzianum, T. hamatum, T. virens, T. viride, T. asperellum) [2, 8, 13]. В то же время известно, что изоляты микромицетов из разных природных зон (экотипы) значительно различаются по свойствам [17]. Высказывается мнение, что для биоконтроля каждого типа почв наиболее эффективны аборигенные виды микроорганизмов [4, 7].

Многие почвенные микромицеты синтезируют вторичные метаболиты, токсичные для других грибов (фунгициды), бактерий (антибиотики), растений (фитотоксины), животных (зоотокси-ны). Сведения об активности и спектре биологического действия микотоксинов грибов рода Tri-

choderma (глиотоксин, виридин, триходермин, циклоспорин, трихополин, аламетицин и др.) разрознены [5, 19]. В частности, практически не исследованы взаимоотношения разных видов рода Trichoderma с компонентами микробного сообщества почвы (микромицетами, актиномицета-ми, бактериями), разноречивы сведения о связях их с растениями.

Механизм воздействия Trichoderma на фитопа-тогены также не совсем ясен: одни авторы связывают его с конкуренцией за трофические субстраты (высокая скорость роста) [7, 20] и миколитиче-ским действием за счет синтеза внеклеточных ферментов [9], другие — с гиперпаразитизмом вида [3, 17, 19], третьи — с антагонистическим действием за счет синтеза токсичных вторичных метаболитов [19, 21].

Вопросы выживания и сохранения внесенных в почву популяций микроорганизмов, в том числе биопрепаратов, представляют значительный интерес для разработки приемов почвенной биотехнологии и биоремедиации нарушенных, загрязненных и утомленных почв [3, 7, 12].

Целью работы было изучение аутэкологических свойств выделенных из чернозема выщелоченного экотипов микромицетов рода Trichoderma и их синэкологических связей в системе почва — микробное сообщество — растения, а также возможности их использования в биотехнологии.

МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ

Структуру комплекса микромицетов (частоту встречаемости и плотность вида), а также ранг доминирования (типичные, редкие, случайные) определяли по методике Мирчинк [12].

Объектами исследования были 5 видов рода Trichoderma, выделенных из чернозема выщелоченного агроэкосистемы лесостепной зоны России. Изоляты идентифицированы по определителю [20]. Из них T. ^тщи — часто встречающийся на целине вид, T. harzianum переходит в ранг часто встречающихся видов в агроэкосистемах, T. pseudokoningii, Т. viride и Т. ро^рогит относятся к случайным видам в данном типе почв [14]. Исследовали по 5—7 изолятов каждого вида, коэффициент вариации составлял 18—37%. В качестве эталона использовали Т. viride (биопрепарат триходермин), полученный на станции защиты растений г. Воронеж.

Микромицеты выращивали на агаризованной среде Чапека с сахарозой при разных значениях температуры и рН, а также с разными источниками углерода (крахмал, пептон, карбоксиметил-целлюлоза-КМЦ). Радиальную скорость роста колоний (Кг) определяли по описанному в литературе методу [11].

Для изучения способности к биосинтезу внеклеточных гидролаз грибы выращивали стационарно 14 сут на жидкой среде Чапека с соответствующими источниками углерода. Биомассу определяли весовым методом. Ферментативную активность определяли в среде стандартными методами [6, 11], рассчитывали удельную продукцию ферментов мицелием гриба (на единицу биомассы).

Фунгицидную активность видов Trichoderma определяли методом лунок [6, 11], для чего фильтрат 14-суточных культур, выращенных на среде с сахарозой, вносили в лунки на агаризованной среде Чапека, засеянной тест-объектом. Измеряли радиус воздействия, которое проявлялось в виде ингибирования роста гриба (стерильная зона), морфогенетических эффектов (уменьшение плотности мицелия или отсутствие спороноше-ния), либо в виде паразитизма (нарастание Тп-choderma на тест-объект). В качестве тест-объектов использовали выделенные нами изоляты микромицетов, входящие в комплекс типичных для чернозема выщелоченного сапротрофных грибов [14], и изоляты фитопатогенных грибов, широко распространенных в Центральном Черноземье, часть жизненного цикла которых проходит в почве.

Антибиотическую активность видов Trichoder-ma определяли аналогично на выделенных нами изолятах бактерий и актиномицетов, типичных для выщелоченного чернозема, используя соответствующие среды (МПА для аммонификато-

ров, среда Эшби для Azotobacter, крахмало-амми-ачный агар для актиномицетов).

Фитотоксические свойства грибов оценивали методом биотестов [10, 11]. Семена замачивали на 2 ч в культуральной жидкости грибов, выращенных на среде с сахарозой. Оценивали всхожесть семян и рост корня и надземной части проростков растений разных семейств. Фитотоксичными считали виды, ингибирующие эти показатели не менее чем на 30%.

Биодинамику комплекса почвенных микромицетов при интродукции разных видов Tricho-derma исследовали в микрокосмах [10] объемом 200 г почвы (агроценоз) при постоянных условиях (влажность 60% ПВ, температура 26°С). Биодинамику изучали параллельно в нативной и в стерилизованной при 135°С в течение 5 ч почве. Суспензию спор 10-суточных культур вносили в почву (106/г) и через определенные промежутки времени определяли численность и структуру комплекса микромицетов.

Фитотоксикоз почвы определяли в тех же микрокосмах методом биотеста по ингибированию роста корня редиса (контроль — рост на увлажненной фильтровальной бумаге) [11]. Для усиления биотического фактора на поверхности почвы формировали инициированное микробное ами-лолитическое сообщество (ИМС) путем напыления крахмала, через 3 недели инкубации (26°С, влажность 60% ПВ) определяли фитотоксикоз почвы методом биотеста [10].

Представлены средние данные, статистическая обработка проведена по программе Stadia.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Все экотипы Trichoderma в черноземе выщелоченном относятся к ацидофилам, оптимум рН роста составлял 4.5—5.5. Вид T. polysporum является психрофильным, оптимальная температура роста 10—15°С, это объясняет, почему данный вид выделялся из почвы в основном весной и осенью. Остальные виды — мезофилы с оптимумом роста при температуре 30—35°С.

Грибы рода Trichoderma считаются типичными r-стратегами с высокой скоростью роста [19]. Экотипы T. harzianum и T. viride по радиальной скорости роста колоний оказались близки к продуценту эталонного биопрепарата (табл. 1), однако в черноземе встречается группа медленно растущих экотипов (T. polysporum, T. koningii, T. pseudokoningii) со скоростями роста в 2—3 раза меньше. Кроме того, неясна разнородная направленность динамики Kr экотипов при смене источника углерода в среде. Для выяснения причины изменения Kr на полимерных субстратах изучали способность грибов к биосинтезу гидролаз.

Таблица 1. Радиальная скорость роста колоний и удельная активность внеклеточных гидролаз экотипов рода Trichoderma из чернозема выщелоченного

Виды Trichoderma Kr, мм/ч Активность, ед/г биомассы

1* 2 3 4 глюкоамилаза протеаза целлюлаза

эндоглюканаза целлобиаза

T. harzianum 1.1 0.8 1.0 1.4 3.8 18 117 2

T. koningii 0.6 0.9 0.2 1.0 16.0 3 240 3

T. pseudokoningii 0.7 0.4 0.3 1.6 1.5 5 410 36

T. viride 1.4 1.3 1.2 1.6 8.8 23 190 4

T. polysporumum 0.5 0.3 0.3 0.2 0.7 1 35 1

T. viride 1.3 1.4 0.9 1.7 12.3 10 255 2

(триходермин)

* Источники углерода в среде: 1 — сахароза, 2 — крахмал, 3 — пептон, 4 — КМЦ.

Большинство исследованных экотипов Tricho-derma (кроме T. polysporum) являются активными гидролитиками, причем секретируют ферменты во внешнюю среду. Показано, что характер изменения ростовых параметров видов при смене источника углерода хорошо соответствует их способности к биосинтезу соответствующих гидролаз (табл. 1). Виды, не уменьшающие или увеличивающие радиальную скорость роста (Kr) на крахмале, синтезируют амилазы (наиболее активно — T. koningiiи T. virile), на пептоне — проте-азы (на

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком