Эндофитные микроорганизмы – продуценты биологически активных веществ

В данный момент на рынке  представлено  множество биопрепаратов, основанных на эндофитных бактериях. Один из таких препаратов - Витаплан – Экстра. Действующим веществом препарата являются клетки Pseudomonas fluorescens. За счет использования стабилизатора гарантированный срок хранения увеличен до 12 месяцев. Также увеличен и сбалансирован аминокислотный состав препарата, что обеспечивает дополнительный эффект фитостимулирования при корневых и внекорневых обработках. Применяется на стадии вегетации, при опрыскивании и протравливании семян. Возможно использование в баковых смесях с удобрениями. Норма расхода: 1 л/га. По результатам исследований, данный препарат проявил лучший  фунгицидный  эффект количество  видов  микромицетов  сократилось до  7  по  сравнению с   показателями  в  контрольной  почве,  на  долю  возбудителя корнееда  сахарной  свеклы  пришлось  два  вида, а  возбудителя семенной инфекции один вид. В  целом, доля патогенов снизилась до 11,2% [41].

Одним из самых ярких достижений современной биотехнологии эндофитных микроорганизмов является технология создания улучшенных эндофитов сеянцев хвойных растений. Известно, что развитие голосеменных растений требует больших энергетических затрат для растения, нежели развитие покрытосеменных [42]. токсические метаболиты, продуцируемые эндофитами травы, сильно снижают популяции растительноядных насекомых, атакующих растение. Это оказывает большое влияние на приспособленность растений. Изобретение позволяет осуществлять крупномасштабную инокуляцию хвойных желательными штаммами эндофитов, производящими токсины. Данные токсины отрицательно воздействуют на вредителей хвойных пород деревьев.

Хвойные, подобно другим видам растений, чувствительны к повреждению вредителями. Например, гусеница листовертки-почкоеда восточной ели представляет собой наносящего экономический убыток насекомого-вредителя. Последний раз, когда случилась эпидемия в Восточной Канаде, предпринимали крупномасштабное опрыскивание жесткими химическими пестицидами. Когда это осуществили, леса были уничтожены. Поэтому описываемое изобретение является новым словом в борьбе с вредителями и сохранении экологического потенциала страны.

Авторы изобретения исследовали  распространение и персистенцию эндофита и его токсина в деревьях, поддерживаемых в питомнике, так же как в полевых условиях. Кроме того, показаны некоторые данные о токсичности ругулозина для некоторых других видов растительноядных насекомых на P. glauca. Авторы изобретения также показали эффекты ругулозина из эндофита видов Phialocephala на растительноядных насекомых, распределение внутри дерева инокулированных эндофитов, персистенцию эндофита и токсина и распределение эндофитов на соседние сеянцы. Доказано, что гусеницы, питавшиеся иглами с деревьев, зараженных токсикогенными эндофитами, обладали меньшей по сравнению с контрольной группой головной капсулой и в скором времени погибали. Распределение эндофитов внутри дерева было неоднородным и зависело от способа инокуляции. Также отмечена способность горизонтального перехода эндофитных микромицетов на соседние сеянцы, изначально не инокулированные тестируемыми культурами. Вероятно, это связано с опаданием инфицированных игл и дальнейшее распространение эндофитных микромицетов [11].

Также было показано, что  молодые деревья обладали равномерным распределением токсина, с разницей в концентрации преимущественно между индивидуумами. Со старением деревьев присутствовала разница между ветвями по концентрации ругулозина. После однократной инокуляции в виде сеянцев деревья в тестируемом участке поддерживали сходные концентрации ругулозина в иглах через 5 лет после инокуляции [11].

При исследованиях в вегетационной  камере наличие грибка и его токсина  в иглах уменьшало скорость роста C. fumerana. In vitro ругулозин уменьшал массу тела и/или влиял на развитие личиночной стадии у C. fumerana, Lambdina fiscellaria и Zeiraphera canadensis при концентрациях в рационе в диапазоне 50 мкМ. Исследование показало, что сходные концентрации ругулозина в иглах уменьшали рост C. fumerana в выращенных в питомнике деревьях [11].

Однако ростстимулирующая и антагонистическая активности не единственное достоинство эндофитных грибов. В 2013 году были выделены грибы-эндофиты, способные к биодеструкции пластика [43] Новый вид получил название Pestalotiopsis microspora. В изучения данного вида исследователям удалось выделить фермент, способствующий расщеплению полимера. В данный момент ведутся разработки нового препарата, направленного на разложение пластика.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На основании рассмотренных  данных можно сделать вывод о  том, что роль эндофитных микромицетов недооценена. Современные исследования свидетельствуют о положительном влиянии грибов-эндофитов на рост и устойчивость растений в неблагоприятных условиях среды [11;28]. Показан положительный эффект эндофитных микромицетов для хвойных растений [11]. Отмечено, что эндофитные микромицеты выделяют целый комплекс метаболитов, позволяющих растениям выжить в условиях крайней засухи [37].

Несмотря на общемировую  заинтересованность в данном направлении  исследований, в Казахстане пока подобный опыт и разработки отсутствуют. Создание препарата на основе эндофитных микроорганизмов – как одного вида, так и их комплекса, позволило бы значительно сократить расходы сельского хозяйства в борьбе с вредителями кормовых культур, а также повысить продуктивность данной отрасли. Также возможно создание новых популяций растений, зараженных специальным комплексом эндофитных микроорганизмов, с определенным вектором полезных признаков.  Таким образом, селекцию возможно перевести на совершенно новый уровень – без изменения генетического материала, однако с вариацией полезных признаков за счет изменения данных симбиотического гриба.

Также наиболее эффективным  считается подход селекции штаммов, выделенных из местных популяций  растений. Таким образом, исключается  вероятность несоответствия условий  окружающей среды, к которым продуктивный «чужестранный» штамм может быть не приспособлен [4]. Благодаря такому подходу возможно создание локальных популяций симбионтов, наиболее приспособленных к местному климату и условиям среды, таким как засоленность, водный баланс и освещенность, что существенно повысит производительность сельскохозяйственных и кормовых культур.