Оценка биологической активности музейных культур микроорганизмов-антагонистов и их использование для предпосевной обработки семян сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) in vitro

Главная

Статья в Elpub

РУС ENG

Вестник Томского государственного университета. Биология. 2018; : 54-68

Оценка биологической активности музейных культур микроорганизмов-антагонистов и их использование для предпосевной обработки семян сосны обыкновенной (Pinus sylvestris L.) in vitro

Кондакова О. Э., Гродницкая И. Д.

https://doi.org/10.17223/19988591/42/3

Аннотация

Исследована антагонистическая и ферментативная активность музейных и выделенных из почв лесных питомников и больных растений антагонистов -микроскопических грибов рода Trichoderma и бактерий родов Bacillus и Streptomyces по отношению к фитопатогенным грибам рода Fusarium. Установлено, что все исследуемые антагонисты способны с разной степенью ингибировать рост и развитие изучаемых грибов рода Fusarium. Ферментативная активность (хитиназная, липазная, протеиназная) исследуемых антагонистов различна и зависит от таксономической принадлежности. У микромицетов рода Trichoderma отмечена средняя и сильная, а у бактерий (S. lateritius, B. amyloliquefaciens) - средняя и слабая ферментативная активность. Все исследуемые антагонисты в опытах in vitro увеличивали массовую всхожесть семян сосны обыкновенной в среднем на 32%. Наибольший ростстимулирующий эффект отмечен при применении S. lateritius и T. longibrachiatum. Внесение в почву антагониста T. harzianum вместе с семенами сосны элиминировало численность фитопатогенных грибов (р. Fusarium) под посевами в 2,7-3,3 раза по сравнению с их начальной численностью.

Список литературы

1. Павлюшин В.А., Тютерев С.Л., Попова Э.В. Новые комплексные биопрепараты для защиты овощных культур от грибных и бактериальных болезней // Биотехнология. 2010. № 4. С. 69-80.

2. Suprapta D.N. Potential of microbial antagonists as biocontrol agents against plant fungal pathogens // J.ISSAAS. 2012. № 18 (2). PP. 1-8.

3. Yilmaz M., Soran H., Beyatli Y. Antimicrobial activities of some Bacillus spp. strains isolated from the soil // Microbiological research. 2006. № 161. РР. 127-131.

4. Krid S., Rhouma A. Pseudomonas savastanoi endophytic bacteria in olive tree and antagonistic potential of strains of Pseudomonasfluorescens and Bacillus subtilis // Journal of plant pathology. 2010. № 92. РР. 335-341.

5. Iasona G.R., Taylorb J., Helferb S. Community-based biotic effects as determinants of tree resistance to pests and pathogens // Forest Ecology and Management. 2018. № 417. PP. 301-312.

6. Яруллина Л.Г., Ахатова А.Р., Касимова Р.И. Гидролитические ферменты и их белковые ингибиторы в регуляции взаимоотношений растений с патогенами // Физиология растений. 2016. Т. 63, № 2. С. 205-217.

7. Раднагуруева А.А., Лаврентьева Е.В. Внеклеточная протеазная активность в природных образцах термальных источников Прибайкалья // Известия Иркутского государственного университета. Сер. Науки о Земле / под ред. М.Ю. Дьякова. 2009. Т. 2, № 2. С. 162-166.

8. Богданова А.И., Титова Ю.А. Антагонистическая активность штаммов Trichoderma asperellum - продуцентов мультиконверсионных биопрепаратов // Вестник защиты растений. 2014. № 1. С. 48-52.

9. Barret M., Morrissey J.P., O'Gara F. Functional genomics analysis of plant growth-promoting rhizobacterial traits involved in rhizosphere competence // Biol Fertil Soils. 2011. № 47. PP. 729-743.

10. Regalado A.P., Pinheiro C., Vidal S. The Lupinus albus class-III chitinase gene, IF3, is constitutively expressed in vegetative organs and developing seeds // Planta. 2000. № 210. PP. 543-550.

11. Cullimore J.V., Ranjeva R., Bono J.J. Perception of lipochitooligosaccharidic Nod factors in legumes // Trends Plant Sci. 2001. № 6. РР. 24-30.

12. Montealegre J.R. Selection of bioantagonistic bacteria to be used in biological control of Rhizoctonia solani in tomato // Electronic Journal of Biotechnology. 2003. № 6 (2). РР. 115-127.

13. Асатурова А.М., Дубяга В.М. Отбор агентов биологического контроля для защиты озимой пшеницы от возбудителей фузариоза // Научный журнал Кубанского государственного университета. 2012. № 75. С. 824-835.

14. Практикум по микробиологии / под ред. А.И. Нетрусова. М. : Academia, 2005. 603 с.

15. Grodnitskaya I.D., Sorokin N.D. Application of microbes to the soils of Siberian tree nurseries // Eurasian Soil Science. 2007. Vol. 40, № 3. PP. 329-334.

16. Duffy B., Schouten A., Raijmakers J.M. Pathogen sele-defense: mechanism to counteract microbial antagonism // Annu. Rev. Phytopathol. 2003. № 41. РР. 501-538.

17. De la Cruz-Quiroz R., Robledo-Padilla F., Aguilar C.N., Roussos S. Forced aeration influence on the production of spores by Trichoderma strains // Waste Biomass Valor. 2017. № 8. PP. 2263-2270.

18. Шеламова C.A., Тырсин Ю.А. Индукция биосинтеза липаз микромицетом // Вестник Оренбургского государственного университета. 2012. № 1 (137). С. 172-176.

19. Литовка Ю.А., Савицкая А.Г., Рязанова Т.В. Видовой состав и фитотоксичные свойства микромицетов рода Fusarium, распространенных в лесных питомниках средней и южной Сибири // Хвойные бореальной зоны. 2011. № 3-4. С. 233-236.

20. Avramenko S.V., Galynkin V.A. Features of biosynthesis of chitinolytic enzymes by Streptomyces griseus var. streptomycini // Applied biochemistry and microbiology. 2010. № 4. PP. 405-408.

21. BuBwinkel F., Goni O., Cord-Landwehr S., O'Connell S., Moerschbacher B. Endochitinase 1 (Tv-ECH1) from Trichoderma virens has high subsite specificities for acetylated units when acting on chitosans // International Journal of Biological Macromolecules. 2018. № 114. PP. 453-461.

22. Denga J.-J., Huanga W.-Q., Lia Z.-W., Lua D.-L., Zhangb Y., Luo X. Biocontrol activity of recombinant aspartic protease from Trichoderma harzianum against pathogenic fungi // Enzyme and Microbial Technology. 2018. № 112. PP. 35-42.

23. Yakimenko E.E., Grodnitskaya I.D. Effect of Trichoderma fungi on soil micromycetes that cause infectious conifer seedling lodging in Siberian tree nurseries // Microbiology. 2000. Vol. 69, № 6. PP. 726-729.

24. Гродницкая И.Д., Кондакова О.Э., Терещенко Н.Н. Влияние микробов-антагонистов на биогенность почвы и сохранность сеянцев хвойных в искусственных фитоценозах // Сибирский лесной журнал. 2016. № 6. С. 13-25.

Tomsk State University Journal of Biology. 2018; : 54-68

Biological activity assessment of museum cultures of antagonist microorganisms and their use for presowing treatment of Scots pine seeds (Pinus sylvestris L.) (in vitro)

Kondakova O. E., Grodnitskaya I. D.

https://doi.org/10.17223/19988591/42/3

Abstract

The microbiological method is applied for the purpose of artificial forest regeneration, as the most effective method of protecting forest planting material grown in forest nurseries. At present, literature data contain many examples of using species and genera of microorganisms belonging to different taxa in order to protect plants. The aim of the research was to establish biological (antagonistic, enzymatic and growth-stimulating) activity of the museum microorganism cultures belonging to different taxonomic groups (bacteria, fungi), and to assess their influence on the growth and development of Scots pine seeds in vitro and a decrease in the number of phytopathogenic fungi. We isolated previously selected microorganisms from the nursery soils; these microorganisms belong to different taxonomic groups, namely, Trichoderma micromycetes (T. harzianum, T. longibrachaitum, and T. lignorum), Streptomyces lateritius bacteria, Bacillus amyloliquefaciens, as well as phytopathogenic Fusarium fungi (F oxysporum, F. moniliforme, F. proliferatum, F. moniliforme var annullatum, and F. oxysporum B3). Antagonistic activity of microbial strains was determined by the dual culture method, and the presence of enzymatic activity (lipase, proteinase and chitinase) of the tested strains was observed by qualitative express tests. We studied the growth-promoting activity by soaking pine seeds in aqueous suspensions of antagonists (10⁶ spores/ml) (Pegalado, 2000; Cullimore, 2001; Montealegre, 2003; Asaturova, 2012). The results of the research showed that the investigated microorganisms (fungi, actinobacteria and bacteria) are biologically active. The most powerful antagonists were micromycetes of T. harzianum, T. lignorum, and T. longibrachiatum, which are also capable of exhibiting mycophilic properties (hyperparasitism). Thus, T. longibrachiatum showed mycophilia against three strains: F. moniliforme, F. moniliforme var annulatum, and F. oxysporum B3, whereas T. harzianum and T. lignorum did against two: F. moniliforme and F. proliferatum; the degree of phytopathogen inhibition (ID) varied from 30 to 100% (See Table 1). The strain of B. amiloliquefaciens bacterium was less active, the DI was 41.4%, on the average, and the slowest antagonistic properties were exhibited by actinobacterium S. lateritius - 14.8%, on the average. The investigation of the presence of the main hydrolytic enzymes (a hitinaze, a lipase, protease) showed that Trichoderma micromycetes had the average and strong hydrolytic activity (T harzianum and T. longibrachiatum), and bacteria (S. lateritius, B. amyloliquefaciens) had the average and weak hydrolytic activity (See Table 2). Also, all the investigated strains improved Scots pine seed germination, while the strains of B. amyloliquefaciens and T. longibrachiatum showed the greatest growth-promoting activity (See Figures). Thus, we found that the investigated strains (T harzianum, T. lignorum, T. longibrachiatum, S. lateritius, and B. amyloliquefaciens) had a high antagonistic activity, and Trichoderma micromycetes revealed the ability for mycoparasitism. The high biological (enzymatic, antagonistic, growth-stimulating) activity of the studied strains of microorganisms makes them effective agents for biological control in forest nurseries. The paper contains 2 Figures, 2 Tables and 24 References.

References

1. Pavlyushin V.A., Tyuterev S.L., Popova E.V. Novye kompleksnye biopreparaty dlya zashchity ovoshchnykh kul'tur ot gribnykh i bakterial'nykh boleznei // Biotekhnologiya. 2010. № 4. S. 69-80.

2. Suprapta D.N. Potential of microbial antagonists as biocontrol agents against plant fungal pathogens // J.ISSAAS. 2012. № 18 (2). PP. 1-8.

3. Yilmaz M., Soran H., Beyatli Y. Antimicrobial activities of some Bacillus spp. strains isolated from the soil // Microbiological research. 2006. № 161. RR. 127-131.

5. Iasona G.R., Taylorb J., Helferb S. Community-based biotic effects as determinants of tree resistance to pests and pathogens // Forest Ecology and Management. 2018. № 417. PP. 301-312.

6. Yarullina L.G., Akhatova A.R., Kasimova R.I. Gidroliticheskie fermenty i ikh belkovye ingibitory v regulyatsii vzaimootnoshenii rastenii s patogenami // Fiziologiya rastenii. 2016. T. 63, № 2. S. 205-217.

7. Radnagurueva A.A., Lavrent'eva E.V. Vnekletochnaya proteaznaya aktivnost' v prirodnykh obraztsakh termal'nykh istochnikov Pribaikal'ya // Izvestiya Irkutskogo gosudarstvennogo universiteta. Ser. Nauki o Zemle / pod red. M.Yu. D'yakova. 2009. T. 2, № 2. S. 162-166.

8. Bogdanova A.I., Titova Yu.A. Antagonisticheskaya aktivnost' shtammov Trichoderma asperellum - produtsentov mul'tikonversionnykh biopreparatov // Vestnik zashchity rastenii. 2014. № 1. S. 48-52.

10. Regalado A.P., Pinheiro C., Vidal S. The Lupinus albus class-III chitinase gene, IF3, is constitutively expressed in vegetative organs and developing seeds // Planta. 2000. № 210. PP. 543-550.

11. Cullimore J.V., Ranjeva R., Bono J.J. Perception of lipochitooligosaccharidic Nod factors in legumes // Trends Plant Sci. 2001. № 6. RR. 24-30.

12. Montealegre J.R. Selection of bioantagonistic bacteria to be used in biological control of Rhizoctonia solani in tomato // Electronic Journal of Biotechnology. 2003. № 6 (2). RR. 115-127.

13. Asaturova A.M., Dubyaga V.M. Otbor agentov biologicheskogo kontrolya dlya zashchity ozimoi pshenitsy ot vozbuditelei fuzarioza // Nauchnyi zhurnal Kubanskogo gosudarstvennogo universiteta. 2012. № 75. S. 824-835.

14. Praktikum po mikrobiologii / pod red. A.I. Netrusova. M. : Academia, 2005. 603 s.

15. Grodnitskaya I.D., Sorokin N.D. Application of microbes to the soils of Siberian tree nurseries // Eurasian Soil Science. 2007. Vol. 40, № 3. PP. 329-334.

16. Duffy B., Schouten A., Raijmakers J.M. Pathogen sele-defense: mechanism to counteract microbial antagonism // Annu. Rev. Phytopathol. 2003. № 41. RR. 501-538.

17. De la Cruz-Quiroz R., Robledo-Padilla F., Aguilar C.N., Roussos S. Forced aeration influence on the production of spores by Trichoderma strains // Waste Biomass Valor. 2017. № 8. PP. 2263-2270.

18. Shelamova C.A., Tyrsin Yu.A. Induktsiya biosinteza lipaz mikromitsetom // Vestnik Orenburgskogo gosudarstvennogo universiteta. 2012. № 1 (137). S. 172-176.

19. Litovka Yu.A., Savitskaya A.G., Ryazanova T.V. Vidovoi sostav i fitotoksichnye svoistva mikromitsetov roda Fusarium, rasprostranennykh v lesnykh pitomnikakh srednei i yuzhnoi Sibiri // Khvoinye boreal'noi zony. 2011. № 3-4. S. 233-236.

20. Avramenko S.V., Galynkin V.A. Features of biosynthesis of chitinolytic enzymes by Streptomyces griseus var. streptomycini // Applied biochemistry and microbiology. 2010. № 4. PP. 405-408.

24. Grodnitskaya I.D., Kondakova O.E., Tereshchenko N.N. Vliyanie mikrobov-antagonistov na biogennost' pochvy i sokhrannost' seyantsev khvoinykh v iskusstvennykh fitotsenozakh // Sibirskii lesnoi zhurnal. 2016. № 6. S. 13-25.

Аннотация

Biological activity assessment of museum cultures of antagonist microorganisms and their use for presowing treatment of Scots pine seeds (Pinus sylvestris L.) (in vitro)

Abstract

События