Положительное влияние PGPR Pseudomonas на растения

Учебные материалы по биологии / Симбиотические взаимодействия микроорганизмов и растений / Положительное влияние PGPR Pseudomonas на растения

1. Прямая или непосредственная стимуляция роста растений за счет синтеза различных метаболитов, полезных для растений;

. Опосредованная стимуляция роста растений за счет вытеснения и подавления развития почвенных фитопатогенов или микроорганизмов, угнетающих рост растений.

К первому типу прежде всего можно отнести способность PGPR Pseudomonas синтезировать регуляторы роста растений и улучшать фосфорное питание растений. Кроме того, некоторые штаммы псевдомонад способны к фиксации атмосферного азота и индукции у растений устойчивости к фитопатогенам.

Прямая стимуляция роста растений:

синтез регуляторов роста растений. У ризосферных псевдомонад наиболее хорошо изучена способность к синтезу индолил-3-уксусной кислоты (ИУК), которая, как известно, стимулирует развитие корневой системы растений. Однако большинство штаммов псевдомонад, стимулирующих рост растений, продуцируют ИУК в незначительных количествах (3-5 мкг/мл), тогда как псевдомонады, угнетающие рост растений, продуцируют до 20 мкг/мл ИУК. Исследования синтеза ИУК у PGPR Pseudomonas демонстрируют возможность получения генетически модифицированных штаммов PGPR Pseudomonas, способных к повышенному синтезу ИУК;

улучшение фосфорного питания растений. Фосфор присутствует в почве в виде органических (отложения растительного, животного и микробного происхождения) и неорганических или минеральных соединений. Из этого общего пула фосфорных соединений только около 5% доступны растениям. Некоторые микроорганизмы, в особенности микоризные грибы и некоторые ризобактерии, способны усиливать поступление фосфора в растения. Бактерии могут использовать две системы повышения концентрации экзогенного фосфата: 1) за счет гидролиза органических фосфатов под действием фосфатаз; 2) путем растворения минеральных фосфатов за счет продукции кислот;

фиксация атмосферного азота. В холодных климатических зонах в ризосфере растений азотфиксирующие псевдомонады доминируют над представителями других таксономических групп азотфиксаторов. Преимущество псевдомонад выражается в их холодоустойчивости, поскольку оптимальная температура для азотфиксации 14-20°С. В то же время для процесса азотфиксации других ассоциативных диазотрофов, как, например, бактерий рода Azospirillum, оптимальной температурой является 25°С. Ризобактерии Pseudomonas наряду с другими свободноживущими и ассоциативными диазотрофами родов Azotobacter, Bacillus, Klebsiella и Azospirillum могут играть существенную роль как в ассоциативных, так и в симбиотических азотфиксирующих сообществах, улучшая, к примеру, клубенькообразование у бобовых при совместном использовании с некоторыми штаммами Rhizobium и Bradirhizobium;

индукция резистентности к фитопатогенам. Например, обработка корней бобов и гвоздики определенными штаммами PGPR P. putida повышает устойчивость растений к фитопатогенному грибу Fusarium solani (рис. 3). При этом отмечаются усиление лигнификации корневой ткани и повышение содержания фитоаллексинов в стеблях растений.

Рис. 3 - Fusarium solani

Опосредованная стимуляция роста растений:

Бактерии рода Pseudomonas - одна из наиболее изученных групп бактерий-антагонистов почвенных фитопатогенов.

Продукция сидерофоров. Хорошо известна способность псевдомонад продуцировать желто-зеленые флуоресцирующие водорастворимые пигменты, называемые сидерофорами, которые выполняют функцию связывания и транспорта железа в клетки бактерий. Сидерофоры флуоресцирующих псевдомонад имеют различную химическую структуру и обладают, как правило, высоким сродством к трехвалентному железу, образуя с ним стабильные комплексы, недоступные для использования фитопатогенами. Фитопатогены продуцируют собственные сидерофоры, однако в отличие от сидерофоров псевдомонад они гораздо медленнее связываются с ионами железа, и псевдомонады выигрывают в конкурентной борьбе с фитопатогенами за такой жизненно важный элемент, как железо. Таким образом, связывание железа сидерофорами псевдомонад приводит к ограничению роста фитопатогенов и улучшению роста растений.

Синтез антибиотиков. PGPR Pseudomonas способны продуцировать широкий спектр вторичных метаболитов, в том числе антибиотиков. Наиболее хорошо изученными антибиотиками, играющими важную роль в супрессии болезней растений, являются антибиотики группы феназинов, флороглюцинов, пиолютеорин, пирролнитрин и оомицин А. Роль продукции антибиотиков в защите растений непосредственно в почве была показана в исследованиях Л. Томашов по бактеризации семян пшеницы штаммом P. fluorescens 2-79 и его дефектным по синтезу феназинового антибиотика (феназин-1-карбоновой кислоты) мутантом. Защиту растений от одного из возбудителей корневой гнили обеспечивал только исходный штамм с нормальной продукцией антибиотика, тогда как мутантный штамм хотя и не полностью, но в значительной степени утрачивал эту способность.