СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ: СТО ЛЕТ РАЗВИТИЯ
Академик РАСХИ И.А. ТИХОНОВИЧ,
Все росс и й с к и й н ау ч н о- иссл едовател ьс к и й и н ститут сельскохозяйственной микробиологии
По словам современников, в конце XIX в. агрономические знания
все теснее сплетались с бактериологическими открытиями. Взгляд на почву, как на мертвую среду, уступил представлениям о том, что она — живой организм, населенный, как тогда выражались, легионами микроскопических живых существ, которые и являются главными виновниками химизма всех протекающих в ней процессов.
Свое начато в нашем Отечестве сельскохозяйственная микробиология ведете 1891 п, когда в Санкт-Петербурге при Департаменте земельных отношений и имуществ была создана Сельскохозяйственная бактериологическая лаборатория по и с п ол ьзо ва н и ю м и кроо р га н и з м о в для борьбы с грызунами. Она, «удовлетворяя неотложным запросам сельских хозяев, должна была, прежде всего, взять на себя и сложную работу по реорганизации приемов бактериологической борьбы с вредителями
сельского хозяйства, заключающейся, как известно, в осуществлении на деле идеи искусственного распространения среди вредных животных свойственных им повальных болезней».
У ее истоков стояли выдающиеся микробиологи К.С. Мережковский, Б.Л. Исаченко (академик е 1946 г.) и др. И хотя основным направлением по-прежнему оставались работы по «м ы ш еуб и ваю щим» м и кроо рган из-
Азотфиксирующие клубеньки на корнях гороха.
мам, в этой лаборатории развернули исследования по микробиологии виноделия, сыроварения, другим актуальным вопросам. Такая деятельность сыграла огромную роль в пропаганде достижений и внедрению их в практику сельскохозяйственного производства страны.
Всесоюзный институт сельскохозяйственной микробиологии был создан в 1930 г. под руководством выдающегося биолога широкого профиля академика С. П. Костычева. Будучи физиологом и биохимиком, он
□ш
В лаборатории генетического конструирования растительно-микробных систем.
хорошо понимал те связи, которые существуют в природе. Вероятно, поэтому сферой интересов наших сотрудников была и остается широкая группа микроорганизмов, которая играет определяющую роль в почвообразовательном процессе, формировании агрофитоценозов, биологическом контроле ряда важнейших болезней и вредителей растений. Одна из важнейших заслуг института — постоянное привлечение в сельскохозяйственную практику новых видов бактерий и грибов, выявление их полезных функций, разработка приемов использования.
Сегодня наше учреждение — основной компонент отечественной научной школы сельскохозяйственной микробиологии. Среди его сотрудников в разное время были академики E.H. Мишустии, Г.А. Над-сон, И.И. Самойлов, академики ВАСХНИЛ Г.С. Муромцев, O.A. Берестецкий, видные ученые В.П. Израильский, Г.Л. Сел ибер и др. Ныне исследователи, вышедшие из наших стен, работают во многих известных лабораториях России и за ее пределами (Великобритания, Франция, Австралия, Германия, Нидерланды и др.).
Как и вначале существования, сейчас деятельность института посвящена фундаментальным вопросам микробиологии и разработкам, которые находят свое применение в сельскохозяйственном производстве. Относительно неплохая материальная база института включает среди прочего
секвенатор генов, хроматографы, локальную компьютерную сеть и позволяет вести работу на современном уровне.
Принципиально новые возможности открываются в связи с участием института в международных проектах, когда объединяются усилия исследователей многих лабораторий и стран (мы сотрудничаем с учеными из Европы, США, Австралии, Японии, Южной Кореи). Часто в основе комплексных проектов лежат биологические модели, созданные у нас, что значительно поднимает престиж института. Не случайно на нашей базе проходил 10-й Конгресс по биологической фиксации азота, в котором участвовали более 700 специалистов из 72 стран, а ныне идет активная подготовка к Конгрессу по молекулярному взаимодействию микроорганизмов и растений (он состоится в Санкт-Петербурге в 2003 г.).
Одна из важнейших задач сельскохозяйственной микробиологии — выяснение роли микроорганизмов в агроландшафте, вычленение наиболее значимых видов, изучение их функций, селекции и интродукции в окружающую среду, что впоследствии позволит направленно регулировать почвенно-микробиологические процессы. В этой связи отметим, что у нас заметный прогресс достигнут в использовании ризосферных* микроорганизмов, в том числе клубеньковых бактерий, усваивающих в сим-
* Ризосфера — слой почвы, примыкающий к корням растений (прим. ред.).
биозе с бобовыми атмосферный азот и обогащающих им почву, а также микроорганизмов, полезных для остальных растений. Мы собрали национальную коллекцию штаммов ризо-бактерий, в том числе характерных для растений, произрастающих не только в России, но и в различных регионах мира. Совершенствуется система их использования для инокуляции посевов. Ежегодно проводится проверка эффективности производственных и перспективных штаммов в учреждениях нашей географической сети опытов.
Изучение клубеньковых бактерий уже сегодня позволяет, используя методы генной инженерии, проводить направленное конструирование соответствующих штаммов, обладающих комбинацией хозяйственно ценных признаков: высокой эффективностью симбиоза и повышенной конкурентной способностью, а также в самое ближайшее время приступить к работам по геномному типи-рованию активных пар «штамм—растение—хозяин».
Кроме присущих бобовым, выделена группа ризосферных микроорганизмов, применение которых на практике впервые было осуществлено в нашем институте. На их основе создано новое поколение биопрепаратов. Предварительно полезные микроорганизмы отбирали по фиксации азота на корнях небобовых растений. Но в дальнейшем было установлено: их использование позволяет существенно повысить урожай-
Теплица для оценки эффективности штаммов клубеньковых бактерий, полученных генетическими методами.
ность сельскохозяйственных культур за счет комплексного воздействия.
Проблема микробно-растительно-го взаимодействия стала особенно актуальной в связи е развитием экологически устойчивого земледелия, в значительной степени основанного на оптимизации природного потенциала агрофигоценозов. При этом растения и микроорганизмы эволю-ционно связаны принципом разделения функций. Первые как бы доверяют ряд признаков своим сожителям. Если в процессе современного хозяйствования эта связь разрушается, то восполнять недостающие функции приходится земледельцам, что часто ведет к нарушению экологической устойчивости. Складывающиеся в ризосфере фитопатогенные отношения также в значительной степени яапяются единой генетической системой, в данном случае служащей интересам патогенной микрофлоры.
Снизить ущерб от фитопатогенеза можно или направленной регуляцией генетических взаимоотношений его участников, или применением полезной микрофлоры, пригодной дня борьбы с почвенными инфекциями. Осознание процессов, лежащих в основе восприимчивости, или, наоборот, устойчивости культурных растений к различным болезням, позволит выработать новые подходы к выведению иммунных сортов. Это направление также развивается в институте в содружестве с Санкт-! ктербургским государственным университетом. I а основании полученных данных планируется начать изучение действия
симбиотических бактерий на индукцию системной приобретенной устойчивости растений к патогенам (SAR). Это позволит получить штаммы эндосимбиотичееких и ассоциативных бактерий, пригодные для иммунизации сельскохозяйственных культур. Другая перспектива — разработка приемов практического использования штаммов в условиях как теплиц, так и открытого фунта. Для этого будет применен ранее предло-жснный нами метод активной селекции — в результате будут созданы организмы, сочетающие высокую колонизирующую способность, ростсти-мулирующую и антипатогенную активность.
Как известно со школьной скамьи, бобовые культуры формируют два типа симбиозов: с клубеньковыми бактериями и эндомикоризными грибами, играющими важную роль в минеральном питании растений-хозяев. Высокая эффективность этих систем обеспечивается специальными структурами (а также органами), изучение которых представляет большой интерес зля понимания механизмов взаимодействия между партнерами — обмена молекулярными сигналами, регуляции скоординированной дифференциальной экспрессии их генов, процессов дифферен-цировки и дедифференцировки клеток и тканей, генезиса упомянутых структур (органов) партнеров, эволюционного становления симбиозов. В череде перечисленных проблем особое внимание уделяем созданию моделей для понимания мо-
лекулярных механизмов взаимодействия между симбионтами и выявления исходного материала для селекции гороха на повышение его потенциала совместного существования с бактериями. С этой целью проводим анализ генетического контроля бобо-во-резобиального и эндомикоризно-го симбиозов со стороны растения-хозяина: идентификацию соответствующих генов, анализ их первичной структуры, функции молекулярных продуктов.
В институте сформирована одна из крупнейших в мире коллекций идентифицированных на сегодня мутантов гороха (120) по указанным признакам. Их фенотипическая характеристика позволила идентифицировать дискретные стадии процессов развития как азотфиксирующих клубеньков, гак и арбускулярнон микоризы*, контролируемые различными группами генов гороха. При этом выявлено: некоторые из последних необходимы дня развития обеих эндо-с и мб иоти чес ких систе м.
Детальная фенотипическая характеристика и генетическое картирование идентифицированных симбиотических генов гороха создали условия дня их клонирования с целью дальнейшего анализа первичной последовательности, структуры молекулярных продуктов, регуляции экспрессии.
Ну, а поскольку, как говорилось выше, обе эндосимбиотическне систе-
* Арб\ск1 1ы — спсииализмромянные органы микоризных грибов, развивающиеся в корнях растений (прим. авт.).
жиж
Растения редиса, стимулированные инокуляцией ризосферных бактерий (слева), и контрольные (справа).
Установка для производства микробных
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.