2. Бактериально-растительные взаимодействия

История изучения

Впервые обогащение субстратов азотом в результате деятельности свободноживущих микроорганизмов было показано французским ученым Жоденом в 1882.

В 1885 г. французский ученый М. Бертло предложил, что почва обогащается азотом с помощью микроорганизмов.

Первым наблюдал изменения в растительных тканях под влиянием бактерий русский ученый М. С. Воронин в 1866 г. Он подробно описал вызванное бактериями образование клубеньков на корнях люпина.

В чистых культурах клубеньковые бактерии были получены только в 1888 г. М. Бейерником. Чистую культуру азотфиксирующего микроорганизма впервые выделил С.Н. Виноградский (1893). Это была анаэробная спорообразующая палочка, названная Clostridium pasteurian. Несколько позднее голландский микробиолог М.Бейеринк (1901) открыл Azotobacter chroococcum – аэробную бактерию, также способную усваивать молекулярный азот.

Зачинателем исследований бактерий, паразитирующих на растениях, фитопатогенных бактерий, является Эрвин Смит, опубликовавший в 1895 г. крупную работу о бактериальном увядании тыквенных. В 1920 г. Э. Смитом была опубликована первая монография о бактериозах растений. Имя Э. Смита увековечено в названии рода бактерий, включающего фитопатогенных видов, Erwinia.

В русской бактериологии первая работа, посвященная фитопатогенным бактериям, была опубликована в 1889 г. Г. А. Надсоном, а в начале нашего века специалистом в этой области И. Л. Сербиновым первые было проведено систематическое изучение бактериальных болезней растений в России. В 1935 г. появилась большая монография А. А. Ячевского «Бактериозы растений».

Широкий круг вопросов, связанных с изучением характера взаимоотношений разнообразных почвенных микроорганизмов с высшими растениями, был исследован Н. А. Красильниковым. Результаты многолетней работы были обобщены в 1958 г. в монографии «Микроорганизмы почвы и высшие растения».

МО могут образовывать различного рода ассоциации с высшими растениями, локализуясь в их побегах, цветках или корнях. Данные ассоциации могут быть как благоприятны так и негативны для организма хозяина – фитопатология; наибольшее значение в качестве фитопатогенных организмов имеют грибы, а также бактерии родов Erwinia, Xanthomonas и др.

Роль микроорганизмов в жизни растения

Микроорганизмы в жизни растений выполняют функцию средообразования и общего питания. Они осуществляют разложение и минерализацию растительных остатков и органического вещества в целом, высвобождая и возвращая в почву минеральные элементы, необходимые для роста растений, а в атмосферу — СО2 и некоторые другие газы. Микроорганизмы продуцируют стимуляторы роста и токсические для растений вещества и др. Микроорганизмы фактически создают почву.

Бактерии играют ключевую роль в обеспечении экосистем азотом. Активными и наиболее изученными азотфиксаторами являются симбиотические азотфиксирующие бактерии, особенно представители родов Rhizotium, Bradyrhizobium и Azospirillum. Недавно был изолирован диазотроф Acetobacter diazotrophicus, свободноживущий подобно представителям родов Azotobacter, Azomonas и др. и способный вступать в обоюдно выгодные, мутуалистические отношения с растениями.

Существенную роль микроорганизмы, а именно грибы, играют и в обеспечении растений фосфором. Грибами обрастают корни растений с образованием микоризы.

В настоящее время все больше открываются менее заметные, но не менее важные аспекты микробно-растительных взаимодействий. Существуют бактерии — стимуляторы роста растений (plant growth-prontoting bacteria— РGРВ). Это, например, некоторые штаммы бактерий рода Pseudomonas, которые защищают растения от заморозков, предотвращая кристаллообразование на надземных частях растения при кратковременном резком понижении температуры. Представители родов Bacillus, Agrobacterium и Pseudomonas являются «поставщиками» биоконтролирующих агентов.

Микроорганизмы оказывают на растения и много негативных воздействий.

Растения являются источниками питания для микроорганизмов, в первую очередь для гетеротрофных организмов, как аэробных, так и анаэробных. В некоторых случаях в переувлажненных почвах корневые выделения растений служат непосредственными источниками углерода и энергии не только для «первичных», но и для «вторичных» анаэробных прокариот — некоторых метаногенов.

Микроорганизмы используют растения в качестве источника питания как пассивно, так и активно, паразитируя на них и часто приводя к гибели, т. е. растения также частично являются средой обитания для микроорганизмов. Растения оказывают какое-то селектирующее влияние на окружающее его и находящиеся на нем микробное сообщество. Так, например, С4-растения, к которым принадлежат злаковые, с большей эффективностью колонизируются такими азотфиксирующими бактериями, как Azospirillum ep. и Enterobacter sp.

Растения осуществляют физическую защиту микроорганизмов, а также участвуют в их распространении. Во время роста растений имеет место физический перенос микроорганизмов как в глубь почвы, так и на поверхность, в надпочвенное пространство, и, следовательно, наряду с животными растения служат переносчиками, или, как их еще называют, векторами, для микроорганизмов. При поедании растений животными разного уровня организации микроорганизмы попадают в желудочно-кишечный тракт этих животных. При этом часть микроорганизмов погибает, подвергаясь физико-химическим и биологическим (ферментативным) воздействиям, другая часть (иногда даже в более высокой концентрации за счет размножения в пищеварительном тракте) с экскрементами опять попадает на поверхность растений и в почву. Таким образом, можно говорить о цикле микроорганизмов, где растения исполняют роль и переносчиков, и субстратов одновременно.