История изучения эпифитной микрофлоры

История изучения эпифитной микрофлоры

Эпифитная микрофлора - микрофлора, находящаяся на поверхности растений - травяная палочка, молочнокислые стрептококки и палочки, сенная и картофельная бациллы, актиномицеты, плесени, дрожжи и др. Микрофлора представлена безвредными сапрофитами, однако при скашивании растений они могут интенсивно размножаться, вызывая гнилостные и бродильные процессы, приводящие к порче и разложению корма.

Проблемы взаимоотношения микроорганизмов с высшими растениями раскрыты в трудах Н.И. Вавилова, А.В. Рыбалко, М.В. Фёдорова, Б.П. Токина и других ученых

Некоторые микроорганизмы ризосферы постепенно переходят в состав эпифитной микрофлоры. Особенно оживился этот вопрос в связи с работами немецкого ученого Е. Либберта, который выступил с утверждением, что гормон роста высших растений гетероауксин синтезируется не растением, а эпифитной микрофлорой

Работы В.И. Кефели показали, что в стерильных условия капуста образует гетероауксин из L – триптофана. А.А. Тарасенко установила, что эпифитная микрофлора влияет положительно на рост и обмен веществ проростков кукурузы

Симбиозы высших растений с цианобактериями (синцианозы) в последнюю четверть века привлекают повышенный интерес исследователей, о чем свидетельствует выход в свет с интервалом всего в 12 лет двух международных коллективных монографий, посвященных симбиозам. Это связано с осознанием, с одной стороны, существенно более значительной биосферной роли синцианозов в фиксации молекулярного азота, чем считалось. С другой стороны, с нарастающей актуальностью решения проблемы "биологического азота" путем расширения круга сельскохозяйственных растений, которые могли бы удовлетворить свою потребность в азоте за счет симбиотической азот фиксации, в том числе и цианобактерий

Эта группа симбиозов названа на основании известного участия в их составе в качестве доминантного азотфиксирующего симбионта цианобактерий, однако, о многочисленных сопутствующих этому симбиозу ассоциативных микроорганизмах практически ничего не известно.

На поверхности свежесрезанных листьев обнаруживаются чаще всего два вида бактерий: Bact. herbicola aureum и Pseudomonas fluorescens, реже — такие споровые формы, как Вас. mesentericus, Вас. vulgatus, бесспоровые — Bact. putidam, E. coli и грибы. Такая микрофлора находится на растениях независимо от географической зоны.

Bact. herbicola aureum — короткие грамотрицательные палочки с двумя полярными жгутиками; на мясопептонном агаре дают круглые колонии золотисто-желтого цвета со слизью на поверхности.

Шотландские ученые D. C. Graham и W. Hodgkiss в 1966 году в своем труде «Identity of Gram Negative, Yellow Pigmented, Fermentative Bacteria isolated from Plants and Animals» описали морфологические, культуральные и биохимические свойств 35 изолятов грамотрицательных, продуцирующих желтые пигменты бактерий выделенных на поверхности растений. Были описаны культуры Bacterium herbicola, Erwinia lathyri, E. ananas, E. milletiae, E. uredovora and B. typhi flavum. Результаты показали, что организмы были неотличимы друг от друга на основании результатов испытаний, силы, и делается вывод, что B. herbicola, B. typhi flavum, E. lathyri and E. ananas должны классифицироваться как Erwinia herbicola Dye .

Более широко описаны Pseudomonas fluorescens — полиморфная палочка с полярными жгутиками, грамотрицательная; на плотной питательной среде образует прозрачные колонии с неровными краями, с флюоресценцией; на мясопептонном бульоне дает рост с сильно флюоресцирующим пигментом.

Haas, D. and Keel, C. в 2003 году в труде «Regulation of antibiotic production in root-colonizing Pseudomonas spp. and relevance for biological control of plant disease.» указали, что некоторые шиаммы P. fluorescens защищают определенные виды растений от влияния паразитических грибков таких как Fusarium или Pythium, а также некоторых фитофагов нематоды. При этом конкретный вид защиты не определен. Были выдвинуты предположения, что эти бактерии могут вызвать системные сопротивления в растениях-хозяивах, для более эффективного противостояния нападению истинных патогенных микроорганизмов. Также они могут конкурировать с патогенными микробами или производить соединения с другими антагонистические микроорганизмы почвы, такими, как антибиотики типа феназин или цианистый водород.

При культивировании Pseudomonas fluorescens, может производиться антибиотик мупироцин. Мупироцин свободная кислота и ее соли и эфиры являются агентами в настоящее время используется в кремах, мазях, спреях для воздействия на метициллин-устойчивым золотистым стафилококком (MRSA). P. fluorescens демонстрируют гемолитическую активность

Gershman MD, Kennedy DJ, Noble-Wang J, et al. в 2008 году описали P. fluorescens как причину болезни у людей. Бактерии влияют на пациентов с ослабленной иммунной системой. С 2004 по 2006 г. была зарегистрировано инфецирование P. fluorescens в Соединенных Штатах, с участием 80 пациентов в шести штатах.

Испанские исследователи Silvia Capdevila и другие в 2004 году показали способность эпифитных микроорганизмов конкурировать с патогенами. Псевдомонады являются одними из лучших колонизаторами, и широко используются в растениеводстве, патогенном биоконтроле. Исследования проводились со штаммом Pseudomonas fluorescens F113.

Pseudomonas fluorescens были исследованы на предмет их потенциального использования в биовосстановление и для биоконтроля сельскохозяйственных патогенов. Подвижность эти бактерий признавалась как фактор, способствующий адгезии и колонизации на биологичеких объектах и абиотической поверхностей

Нескороженый Б.Ф. в своих исследованиях показал, что под воздействием фунгицидной нагрузки происходит резкое снижение плотности популяции эпифитных микроорганизмов защищаемых растений. Суммарный антагонизм микроэпифитов филлопланы также существенно снижается, уменьшая тем самым естественнуюэкологическую сопротивляемость растений к заболеванию.

К настоящему времени в литературе описано множество штаммов молочнокислых бактерий, обладающих антагонистическими свойствами в отношении различных микроорганизмов, в том числе. Более того, ряд исследователей обнаружили положительное воздействие на рост и развитие растений со стороны молочнокислых бактерий. Отмечено также стимулирующее влияние карбоновых кислот – продуктов метаболизма молочнокислых бактерий – на всхожесть семян и развитие проростков растений

Эпифитные грибы  
На поверхности живых растений как древесных (листьях и хвое), так и травянистых существует специфический комплекс микромицетов, представленный эккрисотрофами, патогенами и сапротрофами. 
Эпифитные мицелиальные грибы, обитающие на поверхности листьев и хвои древесных пород, обычно немногочисленны и характеризуются невысоким разнообразием. Среди эпифитов хвойных пород мицелиальные грибы представлены всего тремя-четырьмя видами.

Наиболее типичны среди эпифитов на многих хвойных и лиственных породах деревьев, растущих в умеренном климате, темноцветные дейтеромицеты семейства Dematiaceae родов Alternaria, Cladosporium, и Epicocctum nigami, но особенно широко представлены там мицелиальные грибы рода Aureobasidium имеющие дрожжевую стадию. Часто на поверхности хвои ели они являются единственными ее обитателями.

Состав видов микромицетов на листьях березы представлен более разнообразно. Кроме Aureobasidium pullutaits, Alternaria macrospora и Alternaria alternata, Cladosparium kerbarum, наряду с ними, но со значительно более низкой встречаемостью присутствуют Emerium sporoirichiella, Botrylis cinerea, Ammonium roseum, Gliocladitiw caienulaiun, Trichoderma koningii

Для эпифитных грибов характерна малая специализация по отношению к различным породам деревьев, Преимущественно их объединяет устойчивость к интенсивному облучению, обусловленная наличием в мицелии этих грибов меланинов и каротиноидов, которые служат защитой от облучения на поверхности растений. Эти грибы характеризуются также способностью к быстрому прорастанию спор при низкой влажности.

На травянистых растениях эпифиты также мало специализированы и преимущественно представлены темноцветными дейтеромицетами, такими как Cladosporium herbarum, Epicoccum nigrum, Aliertiftria aiternaia, и сумчатыми грибами Leptosphaerica microsporica, Lepiosphaerica nigricans, часто им сопутствуют Aureobasidium pullulans.

При попадании свежих листьев и хвои в подстилку на них какое-то время сохраняются грибы, присущие только поверхности листьев и хвои, но затем они постепенно вытесняются типичными подстилочными сапротрофами.

Лимин В.А. в 1990 году исследовал влияние мицелия, конидий и метаболитов десяти грибов-эпифитов листьев сливы на рост и развитие возбудителя полистигмоза. Для получения биологических препаратов с целью борьбы с красной пятнистостью сливы производству предлагаются четыре вида несовершенных грибов. Приведены данные оценки хозяйственной эффективности биологических препаратов.

В результате многолетних исследований учеными лаборатории Левитиным М.М., Гультяевой Е.И., Гасичем Е.Л. в 2003-2006 гг. выявлено более 40 видов микромицетов, поражающих зерновые культуры, и определена их значимость как возбудителей болезней. Отмечены годы эпифитотийного развития основных возбудителей болезней. Выявлено, что вспышки массового развития наиболее характерны для стеблевой ржавчины и пятнистостей ржи, гельминтоспориозных пятнистостей ячменя, красно-бурой пятнистости и корончатой ржавчины овса, септориоза и ржавчин пшеницы. Установлена тенденция нарастания значения листовых пятнистостей по сравнению с другими болезнями, которые ранее считались наиболее опасными.

Левитин М.М. с коллегами, с 1993 года по настоящее время проводят изучение микобиоты сорных растений на территории России и сопредельных государств. Сборы грибов-патогенов сегетальных и рудеральных растений были осуществлены во многих областях европейской части России, Сибири и на Дальнем Востоке, а также на Украине, в Молдавии, Казахстане и Киргизии. Собрано более 2000 образцов пораженных грибами сорных растений, на которых идентифицировано более 400 видов микромицетов. В настоящий момент изучается возможность использования видов родов Septoria, Stagonospora, Alternaria, Fusarium, Ascochyta и Colletotrichum для биологического контроля многолетних сорняков, таких как Cirsium arvense, C. setosum, Sonchus arvensis, Convolvulus arvensis и Galinsoga parviflora.

Сотрудниками лаборатории проводится изучение систематики таких групп грибов, как роды Fusarium и Alternaria. С применением молекулярно-генетических методов разрабатывается таксономия Gibberella fujikuroi (анаморфа - Fusarium), Alternaria infectoria и A. alternata, являющихся сложными комплексами морфологически сходных видов. В ходе исследования микобиоты сорных растений были выявлены некоторые новые для науки виды. В 2005 году был описан Microdiplodia convolvulicola.

Эпифитные дрожжи  
Эпифитный дрожжевой комплекс леса по составу доминантой мало отличается от эпифитного комплекса дрожжей других экосистем. Обычно доминирующим видом на листьях является Cryptococcus laurentii, несколько реже - Cryptococcus albidus, Sporobolamyces roseus или черные дрожжеподобные грибы Aureobasidium pullulans. Однако в отличие от эпифитных дрожжевых популяций, например тундры, в лесу гораздо более редки облигатно-психрофильные виды и рода Leucosporidium, которые чаще всего представлены видом Leucosporidium scotii. Кроме того, на листьях лесных растений в качестве минорных видов обычны аскомнцетовые дрожжи из родов Debaryomyces, Pichia, Metschnikowia, имеющие анаморфы в роде Candida. Постоянное присутствие аскомицетовых дрожжей - характерная черта растительных субстратов леса. Использование методов накопительных культур дает возможность выявить большое разнообразие аскомицетовых дрожжей в специфических растительных лесных субстратах.

Одно из первых детальных исследований эпифитных дрожжей в филлосфере было проведено новозеландской исследовательницей М.Е. Ди Менной. Благодаря ее работам стало очевидно, что дрожжевые грибы не только постоянно присутствуют на листьях растений и в почве под ними, но их видовой разнообразие различно в зависимости от вида растения и места его произрастания.

Дальнейшие исследования эпифитных дрожжевых сообществ филлосферы постепенно привели к формированию и выделению нескольких самостоятельных направлений в изучение этой группы микроорганизмов. Первое, особенно активно развивающееся сейчас направление, связано с чисто таксономическим изучением видов дрожжей, живущих на растениях. Оно направлено на формирование общего представления о разнообразии дрожжей на листьях, на выделение и описание новых видов.

В последнее время работы в этом направлении особенно активизировались в связи с внедрением в систематику новых молекулярно-генетических методов. При этом многие исследователи стали отодвигать на второй план или даже полностью пренебрегать традиционными морфологическими и физиологическими критериями видовой дифференциации.  
Во многих исключительно таксономических работах часто можно встретить выводы о биотопических различиях в таксономической структуре дрожжевых сообществ, о приуроченности некоторых видов дрожжей к определенному биотопу, виду растения и все это на примере видов, представленных несколькими штаммами

Другое направление связано с изучением дрожжевых сообществ из специфических локальных местообитаний, ассоциированных с растениями: нектаром цветков, сокотечениями деревьев, буровой мукой ксилофагов. Такие исследования связаны, прежде всего, с поиском коэволюционирующих симбиотических комплексов дрожжевых грибов и насекомых. Особенно хорошо в этой связи изучены взаимодействия комплекса видов дрожжей и дрозофил на здоровых и разлагающихся кактусах. Формирование этих дрожжевых сообществ начинается в результате локальных механических повреждений суккулентных тканей кактуса, которое облегчает развитие в месте повреждения пектолитических бактерий, разрушающих наружные покровы растения. Позже в таком локусе обильно развиваются дрожжи. Многие насекомые, среди которых преобладают различные виды дрозофил, используют загнившие ткани кактусов как места кормления, значительно способствуя при этом инфицированию их дрожжами, привнесенными из соседних локусов. Личинки дрозофил развиваются в гниющих тканях, используя дрожжи в качестве источника белка, витаминов и стеролов.

Таким образом, формируется, поддерживается и коэволюционирует довольно сложная симбиотическая система, включающая растение, различные виды бактерий, дрожжей и насекомых. Была продемонстрирована тесная связь между таксономическим составом дрожжевых сообществ и филогенетическим и географическим расстоянием между кактусами, что доказывает их коэволюционное развитие

Спасибо за внимание!