Азотобактер туысы бактерияларының фитопатогенді саңырауқұлақтарға қатысты антогонистік белсенділігі бар штамдарды сұрыптау

Өсімдіктерге PGPR  Pseudomonas – тың  оң әсерінің механизмі. Осы кезге дейінгі зерттелген механизмдерді шартты түрде 2 типке бөлуге болады:

1) Өсімдік  үшін пайдалы әртүрлі метаболиттерді  синтездеу арқылы өсімдіктердің  өсуін тура ынталандыру; 

2)Өсімдіктердің  өсуін тежейтін топырақ фитопатогендері  немесе микроорганизмдерді ығыстыру  және дамуын тежеу арқылы, өсімдіктің  өсуін қамтамасыз ету. Бірінші  типке алдымен өсімдіктің өсуін  реттеуші PGPR Pseudomonas –тың  синтездеу қабілеті және өсімдіктің фосформен қоректенуін жақсартады. Одан басқа псевдомонадалардың кейбір штамдардыатмосфералық азотты фиксациялау және өсімдіктердің фитопатогендерге төзімділігін арттырады  [23].

Өсімдіктердің өсуін тікелей ынталандыру. Өсімдіктердің өсуін реттеушілерді синтездеу. Ризосфералық псевдомонадалардың индолил–3–сірке қышқылын (ИСҚ) синтездеу қабілеті жақсы зерттелген. Ол өсімдіктің тамыр жүйесінің дамуын реттейді. Бірақ, өсімдіктің өсуін қамтамасыз ететін псевдомонадалар штамының көпшілігі ИСҚ аз өндіреді (3-5мкг/мл) ал өсімдіктің дамуын тежейтін псевдомонадалар 20мкг /мл – ға дейін ИСҚ өндіреді. PGPR Pseudomonas –тағы ИСҚ синтезі генетикалық жаңа штаммдар алуға мүмкіндік береді. PGPR Pseudomonas–қа нафталиннің биодеградацияға ұшыраған кейбір плазмидтерін тасымалдауда сонымен қатар ризосфералық псевдомонадалар ИСҚ синтезін жоғарылатуға қабілетті оларда синтездерге жауапты нафталиндиоксигеназаны синтездеуге жауапты гені болады. Ол ИСҚ биосинтезіне қатысады. Сонымен бірге псевдомонадалар туысының бактериялары ИСҚ-нан басқа да өсімдіктің өсуін реттейтін гибберилин тәрізді заттарды да өндіреді [24].

Өсімдіктердің фосформен қоректенуін  жақсарту. Топырақта фосфор органикалық және бейорганикалық немесе минералды қосылыстар түрінде болады. Оның ішінен өсімдіктерге тек 5%-ға жуығы қолжетімді болады. Кейбір ұсақ ағзалар, мысалы микориза саңырауқұлақтары және кейбір ризобактериялар өсімдіктерге фосфордың жетуін күшейтеді. Бактериялар экзогенді фосфаттың мөлшерін арттырудың 2 жүйесін пайдаланады:

 1) фосфатазаның әсерінен органикалық фосфаттың гидролизі;     

 2) қышқыл өнімдердің есебінен минералды фосфаттарды еріту жолы арқылы. Фосфор қосылыстарын тиімді ерітуге қабілетті Pseudomonas туысының бактерияларын, өсімдіктердің фосформен қоректенуін жақсарту үшін қолдануға болады.

Атмосфералық  азот фиксациясы. Қазіргі кезде псевдомонадалардың азотфиксациялаушы аздаған штаммдары белгілі және  азотфиксация процестері өсімдіктің өсуін тездететіні туралы толық дәлелдер жоқ. Дегенмен PGPR Pseudomonas азотфиксациялаудағы рөлі қызу талқыланды,себебі мұндай штаммдар фитопатогендер болмаған жағдайда өсімдіктердің өсуін тікелей ынталандырады. Суық климаттық аймақтарда,ризосферада, азот фиксациялаушы псевдомонадалар басқа топтарға қарағанда басымдылық жасайды. Псевдомонадалардың артықшылығы олардың суыққа төзімділігінде,өйткені азотты фиксациялау үшін температура 14-20◦C. Ал кейбір Azospirillum туысының бактериялары үшін -25◦C болады. Бұл мәселе туралы ақпараттың аз болуына қарамастан,ризобактериялар Pseudomonas басқа еркін тіршілік ететін Azotobacter, Bacillus, Klebsiella, Azospirillum туыстарының бірлескен диазотрофтармен бірге маңызды рөль атқарады. Мысалы, олар бұршақ тұқымдастарда Rhizobium және Bradirizobium – ның кейбір штамдарын бірге пайдаланғанда, түйнек түзілуі жақсарады [25].

Фитопатогендерге  резистенттілік индукциясы. Өсімдіктерді авирулентті немесе сәйкес келмейтін фитопатогендермен өңдеу, өсімдіктердің ауруларға резистенттілігін тудыруы мүмкін. Мысалы бұршақтың тамырын PGPR P.putida-ның белгілі штамдарымен өңдеу өсімдіктердің фитопатогенді саңырауқұлақ Fusarium solani-ге төзімділігін арттырады. Мысалы, P.fluorescens CHAO штамы антибиотиктермен сидерофордан басқа, цианды сутек өндіреді және Thiclaviopsis basicola саңырауқұлағы тудыратын темекі ауруын жояды.

Өсімдіктердің өсуін бірлесіп ынталандыру. Pseudomonas туысының бактериялары топырақ фитопатогендерінің жақсы зерттелген антагонисттік бактериялар тобы. Қазіргі кезде ризосфералы псевдомонадалардың фитопатогенді саңырауқұлақтар және бактериялардың өсуі мен дамуын тежейтін немесе баяулататын көптеген штамдары алынған. Псевдомонадалар мен фитопатогендердің өзара антогонистік әсерінің механизмі алуан түрлі. Соның жақсы зерттелген 2 маңызды түрін қарастырайық [26].

Сидерофоралардың өнімі. Псевдомонадалардың  сары жасыл флюоресцирлеуші суда еритін сидерофоралар деп аталатын байланыстырушы және бактерия клетеаларына темір тасымалдаушы пигмент өндіруге қабілетті екені белгілі [27]. Сидерофоралардың әртүрлі химиялық құрылымы болады, 3валентті темірге жақсы сіңіседі, солармен тұрақты жиынтық құрайды. Фитопатогендер өз сидерофораларын өндіредібірақ псевдомонадалардың сидерофораларынан айырмашылығы темір иондарымен өте баяу байланысады және псевдомонадалар бәсекелестік күресте фитопатогендермен тіршілікке маңызды элемент, темір үшін, жеңіске жетеді. Сонымен темірдің псевдомонадалар сидерофораларымен байланысуы фитопатогендердің өсуін шектейді және өсімдіктің өсуінің жақсаруына алып келеді. Ризосфералық псевдомонадалардың топырақ фитопатогендерімен өзара антогонистік қатынасында сидерофоралардың маңызды рөлі бар. Осы айтылғандар көптеген тәжірибелер арқылы дәлелденді. Бұнда сидерофоралардың фитопатогендерге супрессорлы әсері ғана емес , өсімдікке де қолайлы әсері анықталды. Бұл, сонымен біре P.putida - В10 псевдобактиннің сидерофорамен тазартылған штаммасы тәжірибеде картоп өсуіне қолайлы әсер ететіні дәлелденді [28]. Псевдомонадалардың  фитопатогендерге қатысты антогонистілігі топырақта темір аз болған жағдайда ғана темір үшін күресте тиімді болады. Сидерофор өндіретін штамдардың қорғаныштық қабілеті  темірдің ерігіштігі және барлық микроорганизмдер үшін қолжетімді қышқыл топырақта күрт төмендейді. Темірдің артық мөлшері сидерофоралар синтезіне зиянын келтіреді. Ол мәселені шешуге сидерофора өндіруші штамдардың аман қалған мутанттары көмектеседі, олар топырақтағы темірдің мөлшеріне тәуелсіз сидерофоралар синтездеуге қабілетті. Бұндай реттеуші мутанттар алу мүмкіндігі PGPR Pseudomonas-тың бір штамында көрсетілген [29].

Антибиотиктердің синтезі. PGPR Pseudomonas екінші реттік метаболиттер, соның ішінде антибиотитер шығаруға қабілетті. Оның ішінде жақсы зерттелгені – өсімдіктер ауруы супрессиясында маңызды рөл атқаратын– феназиндер, флороглюциндер, пиолютериндер, пирролнитриндер және оомицин тобының антибиотиктері жатады. Өсімдіктерді қорғауда антибиотик өнімдерінің рөлі(тікелей топырақта), Л.Томашовтың зерттеулерінде, бидай тұқымына P.fluorescens 2-79 штамын енгізгенде синтезі бойынша кемшілігі бар феназинді антибиотик мутанттығы бойынша дәлелдеді [30]. Тамырды шіріту қоздырғыштарынан өсімдіктерді қорғау антибиотиктің қалыпты өнімінің бастапқы штамы атқарады. Антибиотиктерді көп синтездейтін PGPR Pseudomonas мутанттары өсімдіктерді фитопатогендерден жақсы қорғай алмады. Жақында P.fluorescens 2-79 штамында феназин-1-карбон қышқылының биосинтезін бақылайтын генетикалық жүйенің сипаттамасы жасалды. 2-79 штамының геномды ДНҚ нуклеотидтік реті анықталды,мөлшері 8505 н.ж., секвенирленген бөлігінде 3оперон жойылды –phz ABCDEFC, phzi және phzr, ол феназин-1-карбон қышқылын биосинтездеу генінен тұрады [31].

Өсімдіктердің ризосферасының PGPR Pseudomonas колонизациясына әсер ететін факторлар. PGPR Pseudomonas өсімдіктерге тек изосфераны толық табысты түде жаулап алғанда ғана әсер етеді. Тірі клеткаларды пайдаланған жағдайда PGPR Pseudomonas фитопатогендерден өсімдіктерді қорғау құралы ретінде осы микроорганизмдерді экологиялық қоймаға интродукциялайды. Сондықтан өсімдіктер ризосферасын PGPR-мен жаулап алу процесін терең оқып үйрену керек. Бактериялардың өсімдік тамырларын жаулап алуы және псевдомонадалардың топырақта және ризосферадағы іс-әрекетіне әсер ететін көптеген факторлар белгілі .

Тамырдың  беткі бөлігіне клеткалардың адгезиясы. Бұл фактордың маңыздылығы ризосферадағы  псевдомонадалардың клетка адгезиясының картоп, редис, бұршақ тамырының стерильді  бетіне жүргізілген тәжірибеде дәлелденген. Толық дәлелденбесе де, PGPR Pseudomonas клеткаларының бұршақ тұқымдастардың тамырына бекітілуінде, тамыр бетінің арнайы антиденелері қатысатыны көрсетілген.

Хемотаксис  және псевдомонад клеткаларының  қозғалғыштығы. Бұл мәселе әле толық  зерттелген жоқ. Бір зерттеушілер псевдомонадалардың қозғалғыштығы картоп тамырын жаулап алудың маңызды факторы болып  табылады десе, басқа зерттеушілер хемотаксистің және бактериалды клеткалардың қозғалғыштығы тамырды басып алуда маңызы жоқ деп есептейді [32].

Бактериялардың  көбею жылдамдығы. Осы уақытқа  дейін өсімдіктер тамырын жаулап алуға бактерия клеткалары көбею  жылдамдығыәсерінің шешімн тапқан жоқ. Бірақ PGPR Pseudomonas өсімдік тамырын жаулап алуға жоғары жылдамдықпен әсер етеді [33].

PGPR Pseudomonas-тың ризосферадағы өміршеңдігі. Ризосферада тіршілік етуі үшін бактериялар арнайы жағдайларға бейімделуі керек. Бактериялар өзі үшін зиянды ферменттерге (пероксидаза,протеазалар) немесе токсинді қосылыстарға (өсімдіктердің фенолды қосылыстары) резистентті және осмосқа, суыққа төзімді болу керек. Мысалы псевдомонадалардың оосмотөзімділігі немесе кертіруге төзімділігі ауылшаруашылық практикасы үшін маңызды, себебі бұл бактериялартыныштық күйде немесе қорғаныштық қабілеті бар циста немесе спора түзуге қабілетсіз болады [34]. Лопердің жұмысында картоп тамырындағы псевдомонадалардың 8 штамдары үшін осмотөзімділік пен популяция мөлшерінің тікелей түзілуі көрсетілген. Сонымен бірге кейбір сезімтал P.putida MK280 штамының мутанттары,құрғақ топырақ жағдайында мақта тамырларын басып алуға қабілетті болады. Бұл мәселе арнайы зерттеулерді қажет етеді. Ризобактериялардың тіршілігін сақтауына әсер еттетін биотикалық факторларға ,ризосферада бәсекелестер немесе басқа ағзғлардың болуы жатады,олар PGPR Pseudomonas-ға жағымсыз әсер етеді. Олар қарапайымдылар(амеба,инфузориялар),жыртқыш бактериялар және бактериофагтар. Бұл факторлар аз зерттелген, мысалы, топырақта арнайы бактериофагтың болуы қант қызылшасының тамырын басып алуға ,осыған сезімтал, PGPR Pseudomonas штамдарына зиянын тигізеді. Қазіргі кезде Pseudomonas туысының флуоресцирлі бактериясында,бактериофагтардың бар екені анықталды, бірақ олардың ризосфералы бактериялар мен өсімдіктер арасындағы әрекеттегі ролі туралы мәліметтер жоқ [35].

PGPR Pseudomonas өсімдіктердегі фитопатогендерден  қорғайтын агент.Биологиялық, оның ішінде микробиологиялық нысандарды өсімдіктерді фитопатогендерден қорғауға пайдалану мүмкіндігі 70жылға жуық мерзімде зерттелуде. Осы мәселемен айналысатын мамандар өсімдіктерді басқа ағзалардың көмегімен биологиялық қорғауды, жиірек, фитопатогендерді биолигиялық бақылау жасау деп атайды. 80-ші жылдардың басында өсімдіктерді химиялық қорғау құралдарына бәсекелес, биотехнологиялық биопрепараттар алу мүмкіндігінің пайда болуына байланысты биологиялық бақылауға қызығушылық күрт артты. Жоғарыда қарастырылған ризосфералық псевдомонадалар мен фитопатогендердің антогонистік механизмі негізгі болып саналады. Ол механизмдер көбінесе бірлесіп әсер етеді, оның құрамына сидерофорлар мен антибиотиктер синтезінен басқа, ризобактериялардың але толық зерттелмеген әдістері де кіреді(псевдомонадалардың топырақ патогендеріне әсері). Бұл кезде бір мезгілде псевдомонадалардың фитопатогендерге  сидерофоралар,антибиотиктер синтезі есебінен әсері сонымен бірге PGPR Pseudomonas және фитопатогендердің ,азоттық және көміртектік қоректену үшін  қарапайым бәсекелестік әсері де жатады. Осының бір мысалы ретінде P.fluorescens CHAO штамы жатады. Thielaviopsis basicola фитопатогенді саңырауқұлағына биологиялық бақылау CHAO штамы түзетін ең кемінде,3,2-ші метаболиттердің қосылған әсері нәтижесінде байқалады. Олар пиовердинді типті сидерефор, антибиотик 2,4-диацетилфлороглюцерин және цианды сутек. Топырақтың  құрамы,температурасы, рН әртүрлі жағдайларда әртүрлі механизмдер әсер етеді. Мысалы, псевдомонадаларда қышқыл, рН немесе жоғары температура жағдайында сидерофоралар синтезі тоқтайды және биологиялық бақылаудағы негізгі механизмдер болып антибиотиктер синтезі немесе қоректену көзі үшін фитопатогендермен бәсекелестік болып табылады. Ризосфералық псевдомонадалардағы фитопатогендерге биологиялық бақылау жасайтын барлық механизмдер толық анықталып, зерттелген жоқ деуге болады.

In vitro фитопатогендерін псевдомонадтарға биологиялық бақылау жасауы осы кезге дейін PGPR Pseudomonas-тың пайдалы штамдарын таңдап алуда негізгі критерилердің бірі болып саналады. In vitro және in vivo штамдардыі антагонисттілігі әрқашан реттеле бермейді. Сондықтан бұл штамды өсімдіктерге тәжірибе кезінде тексеру керек [36].

PGPR Pseudomonas-ты практикада пайдалану  мүмкіндіктері. Екпе материалды, өсімдіктің тамыры мен өскінін, PGPR Pseudomonas-тың кейбір штамдарымен өңдеу, өсімдіктің фитопатогендермен зақымдалуын төмендетеді, ауылшаруашылық дақылдарының өнімділігін арттырады. Ауылшаруашылығында мұндай штамдарды пайдалану көптеген зерттеушілердің пікіренше, таяу арада, осы заманғы агробиотехнологияда кеңінен жүзеге асады. Кей жағдайда бактерияға сай келетін ,аралас прерараттарды қолдануға болады. Онда міндетті түрде Pseudomonas туысы бактериялары қосылуы керек. Бұл препараттарды қолдану әртүрлі мақсатта көзделуі мүмкін. Өсімдіктер мен астықтарды фитопатогендерден қорғау, тұқым мен өсімдіктің өсуін қамтамасыз ету,өсімдікті фосформен қоректендіруді жақсарту, бұршақтарда түйнектің түзілуін ынталандыру. Ауылшаруашылығында Pseudomonas туысы ризосфералы бактериялар негізінде биопрепараттарды қолдану ,өндірісте біркелкі технологияның жоқтығынан тежеледі. Қазіргі кезде осы биопрепараттарды консервілеудің әртүрлі әдістері зерттелуде және оларды тұқымдар мен тамырдың бетіне, әртүрлі желімдеу құралдарын пайдаланып– метилцеллюлоза, альгинаттар, ксантан және т.б. қолданып бекіту мүмкіндіктері қарастырылуда. Ризосфералы псевдомонадаларға басқа таксономиялық топтардың (мысалы, Bacillus thuringensis) бактериалды гендерін тасымалдау тәжірибелері жүргізілуде. Олар псевдомонадаларға тән емес қасиет, мысалы, өсімдік зиянкесі-кейбір бунақденелілер өліміне ұшырататын токсин синтездеу қабілетіне бақылау жасайды.

PGPR Pseudomonas – ты практикада пайдалану келешегітуралы PGPR Pseudomonas негізінде жасалған биопрепараттар тізімі бойынша айтуғға болады:

1. Blightban A506 – P.fluorescens A 506 продуценті ,өсімдіктерді үсіп кетуден қорғайды.
2. Biosave – P.syringae ESC-10 продуценті ,цитрус және жеміс ағаштарын саңырауқұлақ патогендерінен қорғауға қолданады.
3. Blue – Circle – P.cepacia type Wisconsin продуценті, Fusarium, Pythium және нематодтарға қарсы қолданады.
4. Yntercept – P.cepacia продуценті, вегетациялық өсімдіктерді – жүгері, мақтаны Pythium sp, Rhisoctonia solani, Fusarium sp – дан қорғау үшін қолданады.
5. Victus – P. fluorescens NSYB12089 родуценті, бактерия дақтары бар өсімдіктерге қарсы қолданады.