ШТАММ БАКТЕРИЙ Paenibacillus sp. ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ БИОПРЕПАРАТА ПРОТИВ ЗАБОЛЕВАНИЙ ПШЕНИЦЫ, ВЫЗЫВАЕМЫХ ФИТОПАТОГЕННЫМИ ГРИБАМИ

Изобретение относится к сельскохозяйственной микробиологии и касается штамма, который оказывает антагонистическое действие на возбудителей заболеваний пшеницы корневыми гнилями и повышает урожайность пшеницы. Новый штамм может быть реализован в микробиологической промышленности для получения биопрепарата для защиты от болезней и повышения урожайности злаковых культур.

Известен штамм Pseudomonas sp. ЦМПМ В-348, используемый для получения препарата при защите злаковых от возбудителя обыкновенной корневой гнили Helminthosporium sativum [1]. Однако этот штамм неэффективен для подавления корневой гнили злаков, вызываемой комплексом грибов Fusarium spp. и Helminthosporium sativum.

Известны штаммы Pseudomonas putida, подавляющие рост фитопатогенного гриба Fusarium oxysporum [2], и Pseudomonas putida ВКМ В-1743 Д, подавляющий рост грибов рода Fusarium [3]. Недостатком известных штаммов является узкий спектр антагонистического действия.

Известен штамм Azotobacter chroococcum N В-3173, предназначенный для получения бактериального удобрения [4], повышающий урожайность злаковых культур. Недостатком является отсутствие антагонизма по отношению к фитопатогенным грибам.

Известен штамм Azotobacter chroococcum 92 [5], обладающий способностью подавлять рост некоторых фитопатогенных грибов. Недостатком штамма является узкий спектр антагонистического действия и сравнительно невысокая продуктивность.

Наиболее близким к заявляемому является штамм Azotobacter vinelandii ИБ 1 [6], обладающий способностью подавлять рост фитопатогенных грибов и повышающий урожайность пшеницы. Недостатком штамма является сравнительно высокая продолжительность культивирования и сравнительно невысокая антагонистическая активность.

Технической задачей изобретения является выделение нового природного штамма с широким спектром антагонистического действия на возбудителей грибных заболеваний пшеницы, обладающего высокой продуктивностью при невысокой продолжительности культивирования, нитрогеназной активностью, возможностью перевода почвенных фосфатов в растворимые формы.

Поставленная задача достигается выявлением и использованием штамма Paenibacillus sp. ИБ-1, выделенного из образца пахотной почвы Республики Башкортостан. Штамм депонирован во Всероссийской коллекции микроорганизмов под регистрационным номером ВКМ В - 2823D.

1. Культурально-морфологические признаки

1.1. На агаризованной питательной среде, имеющий состав, г/л: KH₂PO₄ - 0,3; CaHPO₄ - 0,2; MgSO₄ - 0,3; K₂SO₄ - 0,2; NaCl - 0,5; FeCl₃ - 0,01; CaCO₃ - 5,0; сахароза - 20 г; агар - 1,5%; смесь микроэлементов - 1 мл; дистиллированная вода до 1000 мл, pH 6,8-7,2 культура образует круглые колонии диаметром 3-4 мм, с гладкой блестящей поверхностью, выпуклые, прозрачные, с гладкими краями, мягкой тягучей консистенции. На 24-м часу роста клетки - мелкие палочки 0,5×1,5 мкм, подвижные.

1.2. На питательной агаризованной среде Берка, имеющей состав, г/л: K₂HPO₄ - 0,8; KH₂PO₄ - 0,2; MgSO₄ - 0,3; NaCl - 0,2; CaSO₄ - 0,1; Fe₂(MoO₄) - 0,01; глюкоза - 10 г; дистиллированная вода до 1000 мл; агар-агар - 1,5%; pH 6,8-7,0, культура образует круглые колонии диаметром 2-3 мм, с гладкой блестящей поверхностью, выпуклые, прозрачные, бесцветные, с гладкими ровными краями, однородной структуры.

1.3. На жидкой питательной среде Федорова с мелассой, имеющей состав, г/л: K₂HPO₄ - 0,3; CaHPO₄ - 0,2; MgSO₄ - 0,3; K₂SO₄ - 0,2; NaCl - 0,5; FeCl₂ - 0,01; CaCO₃ - 5,0; меласса - 40 г; смесь микроэлементов - 1 мл; pH 6,8-7,0, выращивание при температуре 28°C и режиме аэрации-перемешивания 180 об/мин в течение 36 часов. Круглые колонии диаметром 0,5 см, выпуклые с ровными краями, слизистой консистенции.

1.4. На питательной среде КГА колонии круглые диаметром 6 мм, выпуклые, белого полупрозрачного цвета, консистенция тягучая мягкая. Пигмента не образуют. На 24-м часу роста - мелкие подвижные палочки.

1.5. На питательной среде Эшби с маннитом в качестве источника углерода колонии слизистые прозрачные диаметром 3 мм, консистенция тянущаяся. На 24-36 часу роста клетки - длинные тонкие палочки 6 мкм, подвижные.

2. Физиолого-биохимические признаки

Штамм является аэробным микроорганизмом, оптимальная температура роста 28°C.

Отношение к источникам углерода: очень хорошо усваивает глюкозу, сахарозу; хорошо усваивает маннит, мальтозу, ксилозу, сорбит, рамнозу, лактозу, декстрин, галактозу, маннозу, глицерин, фруктозу, этанол; слабо усваивает арабинозу, мезоинозитол.

Отношение к источникам азота: растет на безазотистых средах, сохраняя высокую продуктивность не менее 8·10¹⁰ кл/мл. Не погибает при нагревании при 50°C в течение 15 мин.

Штамм не обладает фитопатогенной активностью, о чем свидетельствует отсутствие мацерации на ломтиках картофеля при нанесении на них уколом живых клеток штамма.

Штамм хранится на косяках со средой Федорова в холодильнике с пересевом на свежие косяки через 2-4 месяца, а также в лиофильновысушенном состоянии.

Штамм идентифицирован по определителю Bergey Manual of Determinative Bacteriology.

Пример 1. Для сравнения продолжительности культивирования нового штамма Paenibacillus sp. ИБ-1 с известным штаммом Azotobacter vinelandii ИБ-1 проводили выращивание в колбах на качалке при 180-200 об/мин, при температуре 28°C на жидкой питательной среде следующего состава, %: сахароза 3,0; K₂HPO₄ 0,03; CaHPO₄ 0,02; NaCl 0,05; CaCO₃ 0,5; K₂SO₄ 0,02. до достижения количества жизнеспособных клеток 80 млрд/мл. Результаты приведены в табл.1.

Пример 2. Изучение антагонистической активности нового штамма Paenibacillus sp. ИБ-1

На чашки Петри с агаризованной средой КГА (картофель тертый 200 г; глюкоза 20 г; агар 20 г; вода водопроводная 1 л) высевают сплошным газоном суспензию спор грибного фитопатогена. Затем в эти же чашки уколом сажают бактерии штамма Paenibacillus sp. ИБ-1. Чашки инкубируют при 28°C в течение 3 суток. Учет проводят по зонам отсутствия или подавления роста гриба вокруг колонии штамма. Результаты приведены в табл.2 и свидетельствуют о широком спектре антагонистического действия нового штамма.

Пример 3. Антагонистическое действие нового штамма против комплекса возбудителей корневых гнилей пшеницы испытывают в лабораторных условиях на пшенице сорта "Жница" с естественным уровнем заражения посевного материала, полученного в условиях опытного поля Института биологии УНЦ РАН. Посевной материал дополнительно инфицируют спорами фитопатогенных грибов Fusarium oxysporum и Bipolaris sorokiniana (титр споровой суспензии обоих патогенов составил 5-10⁴ КОЕ/мл). Семена пшеницы обрабатывают суспензией штамма (с титром 10⁹ КОЕ/мл) из расчета 1 мл суспензии на 1 кг семян. Семена переносят на увлажненную до полной влагоемкости полоску фильтровальной бумаги, поверх которой накладывают полоску полиэтилена, сворачивают в рулон, помещают вертикально в лабораторный стакан и оставляют при комнатной температуре. В контрольных опытах обработку семян осуществляют водопроводной водой. Эксперимент выполняют в четырехкратной повторности. Обработку результатов проводят через 7 дней. Эффективность штамма определяют при сопоставлении степени проявления корневых гнилей проростков пшеницы в опыте и контроле. Результаты приведены в табл.3.

Пример 4. Определение ростстимулирующей активности заявляемого штамма.

Некоторые микроорганизмы, обитающие в ризосфере растений, способны синтезировать цитокинины. Цитокинины представляют собой природные соединения, участвующие в гормональной регуляции онтогенеза растений, характеризующиеся способностью индуцировать деление растительных клеток и являющиеся наиболее активными среди открытых рострегулирующих веществ. Наличие цитокининов в культуральной жидкости обуславливает наличие ростстимулирующей активности микроорганизма. Образование заявляемым штаммом цитокининов с концентрацией 330 нг/мл культуральной жидкости обнаружено методом непрямого конкурентного иммуноферментного анализа [7].

Пример 5. Штамм Paenibacillus sp. ИБ-1 обладает нитрогеназной активностью (определяли ацетиленовым методом), сопоставимой по величине с активностями азотфиксирующих микроорганизмов рода Azotobacter (табл.4), предлагаемых для использования под различные сельскохозяйственные культуры [8-11].

Пример 6. Штамм Paenibacillus sp. ИБ-1 способен к переводу малорастворимых фосфатов в растворимые формы, используемые в метаболизме растений.

Дефосфорилирующую активность определяли на среде Муромцева, куда вносили фосфат кальция методом осаждения, предложенным Герретсеном, в модификации Муромцева [12]. Приготовленные питательные среды разливали по чашкам Петри, подсушивали в термостате и сажали уколом исследуемый штамм микроорганизмов. Чашки инкубировали в термостате при 28°C в течение семи суток. О растворении фосфатов судили по образованию вокруг колоний бактерий зон просветления питательной среды. В результате проведенных испытаний было установлено, что штамм Paenibacillus sp. ИБ-1 способен к активному растворению трифосфата кальция, диаметр зоны просветления среды значительно превышает диаметр колонии бактерии

Таким образом, выделен новый штамм Paenibacillus sp. ИБ-1 с широким спектром антагонистического действия на возбудителей грибных заболеваний пшеницы, обладающий высокой продуктивностью при невысокой продолжительности культивирования, нитрогеназной активностью, возможностью перевода почвенных фосфатов в растворимые формы.

Литература

1. Авторское свидетельство СССР 1464468, кл. A01N 63/00, 1988.

2. Патент США 4714614, кл. 424-93, 1987.

3. Патент RU 1805849, кл. A01N 63/00, 1993.

4. Авторское свидетельство СССР 1359272, кл. C05F 11/08, 1985.

5. Авторское свидетельство СССР 9221105, кл. C05F 11/08, 1982.

6. Патент RU 2224791, кл. C12N 1/20, 2004.

7. Кудоярова Г.Р., Веселов С.Ю., Каравайко Н.Н., Гюли-заде В.З., Чередова Е.П., Мустафина А.Р., Мошков И.Е., Кунаева О.Н. Иммуноферментная система для определения цитокининов // Физиология растений. - 1990. - Т.37, вып.1. - С.193-199.

8. Патент RU №2074159, кл. C05F 11/08, 1997.

9. Патент RU №2074158, кл. C05F 11/08, 1997.

10. Патент RU №2074157, кл. C05F 11/08, 1997.

11. Патент RU №2076088, кл. C05F 11/08, 1997.

12. Методы почвенной микробиологии и биохимии / Под ред. Д.Г. Звягинцева. - М.: Изд-во Моск. ун-та, 1991 - 304 с.