Бактерии против фузариоза колоса – открытие ученых дает новый инструмент биоконтроля

Группа ученых из Варминско-Мазурского университета в Ольштыне и Университета естественных наук в Познани, Польша, опубликовали свое исследование на портале MDPI, в котором, в частности, пишут следующее.

«Грибы рода Fusarium поражают мягкую пшеницу в течение всего вегетационного периода и вызывают фузариоз колоса, который является наиболее опасной болезнью во всех регионах выращивания пшеницы.

Фузариоз колоса снижает урожайность и ухудшает качество зерна из-за заражения микотоксинами, в том числе трихотеценами.

Fusarium culmorum считается наиболее вирулентным видом Fusarium во многих регионах Европы, Азии и Африки. Этот патоген представляет серьезную угрозу для культуры, но сорта пшеницы могут различаться по чувствительности к инокуляции F. Culmorum.

Патоген Fusarium culmorum устойчив к различным погодным условиям и особенно опасен при более высоких температурах.

Трихотецены типа B, дезоксиниваленол (DON), 3-ацетил-дезоксиниваленол (3ADON), 15-ацетил-дезоксиниваленол (15ADON) и ниваленол (NIV), продуцируемые в основном F. graminearum и F. culmorum, входят в число наиболее часто идентифицируемых микотоксинов в зерновых злаках.

Характерной особенностью трихотеценов является то, что они оказывают токсическое действие на человека и животных. Дезоксиниваленол (также известный как вомитоксин) вызывает рвоту, проблемы с пищеварением, окислительное повреждение и репродуктивные нарушения, но не является канцерогеном для человека. Его токсичность может быть уменьшена бактериями.

Например, бактерии Sphingomonas штамм KSM1 могут катаболизировать DON до 16-гидрокси-DON (16-HDON), который в 10 раз меньше фитотоксичен для пшеницы, чем DON. Превращение DON в 16-HDON штаммом KSM1 опосредуется системой цитохрома P450.

Интегрированная система управления растениеводством, введенная в Европе (Директива 2009/128 / EC Европейского парламента и Совета), ограничивает использование фунгицидов и вынуждает производителей применять биологические методы для контроля распространения грибов Fusarium.

Эти методы могут применяться в сочетании с фунгицидными препаратами, которые не всегда эффективны из-за низкой чувствительности различных видов грибов Fusarium к триазольным фунгицидам. Так, пропиконазол широко применяется в сельском хозяйстве для защиты зерновых культур от патогенов, вызывающих фузариоз колоса. Фунгицид характеризуется низкой токсичностью для млекопитающих и длительным периодом полураспада 214–315 дней в почве.

Для уменьшения сельскохозяйственного загрязнения используются различные методы, в том числе переработка, пиролиз и сжигание. Однако физико-химические методы дороги, и поэтому использование микроорганизмов для разложения загрязняющих веществ или защиты сельскохозяйственных культур от патогенов является перспективной альтернативой.

Бактерии рода Sphingomonas принадлежат к семейству Sphingomonadaceae, отряду Sphingomonadales и классу Alfaproteobacteria.

Эти бактерии были разделены на четыре рода, и в составе рода Sphingomonas идентифицировано более 130 видов. Многие штаммы бактерий Sphingomonas способны разлагать ксенобиотики и стойкие загрязнители, включая полициклические ароматические углеводороды, полихлорированные бифенилы, фенантрен, гербициды и фунгициды.

Хотя бактерии Sphingomonas редко используются для защиты растений от патогенов, но их применяют для стимулирования роста растений. Эти микроорганизмы естественным образом колонизируют листья и колосья пшеницы и потенциально могут подавлять патогенные инфекции, вызываемые Fusarium spp.

Целью этого исследования был отбор изолятов рода Sphingomonas, которые способны долгое время выживать на листьях пшеницы, продуцировать сурфактин, подавлять развитие колоний F. graminearum и F. culmorum in vitro и биоразлагать пропиконазол, и проверка их работы в полевых условиях.

Шесть бактериальных изолятов рода Sphingomonas были получены смывом с поверхности зерна озимой пшеницы, выращенного в поле в Польше.

Изоляты бактерий, полученные из зерна пшеницы, были идентифицированы как представители рода Sphingomonas на основании анализа последовательности гена 16S рДНК. Разложение пропиконазола и трихотеценов анализировали с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии. Для определения эффективности биологической очистки были проведены два полевых эксперимента.

Все штаммы показали эффективность в разложении пропиконазола и проявляли ингибирующее действие на патогены, вызывающие фузариоз колоса у пшеницы.

Изолят S11 был выбран для полевого эксперимента, поскольку он подавлял развитие колоний F. culmorum in vitro на 48,80% и разрушал пропиконазол на 15,13% через 48 часов.

Применение суспензии Sphingomonas S11 в течение вегетационного периода озимой пшеницы снизило содержание дезоксиниваленола (ДОН) в зерне, инокулированном F. culmorum, более чем в 22 раза. А также снизил заражение зерна грибами рода Fusarium и их микотоксинами.

Вывод: анализируемые бактерии потенциально могут быть использованы для защиты пшеницы от патогенов, вызывающих фузариоз колоса, для повышения урожайности и улучшения качества зерна за счет устранения опасных микотоксинов и остатков пропиконазола».

(Источник: www.mdpi.com. Авторы: Урсула Вачовска, Катажина Кухарска, Виолетта Плюскота, Сильвестр Чаплицки, Кинга Ступер-Саблевска).