БИОТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПОТЕНЦИАЛ ПОЧВЕННОЙ МИКРОФЛОРЫ

И.А. Дегтярева; Ш.З. Валидов

И.А. Дегтярева Казанский научный центр Российской академии наук Email: peace-1963@mail.ru
Ш.З. Валидов Казанский научный центр Российской академии наук Email: Sh.Validov@knc.ru

Ключевые слова: почвы, ферментативная активность, микроорганизмы, генотипирование, фунгистатический эффект, биологическая защита растений

Аннотация

Выделение автохтонных штаммов для создания на их основе микробных препаратов при выращивании сельскохозяйственных культур является экологически целесообразным приемом для получения высококачественной конкурентоспособной растениеводческой продукции, сохранения плодородия почвы и окружающей среды. Для эффективного применения биопрепаратов необходимы глубокие исследования взаимоотношений в системе почва – микроорганизмы – растение с учетом экологических законов ее функционирования. Лаборатория молекулярно-генетических и микробиологических методов Федерального исследовательского центра «Казанский научный центр Российской академии наук», имея современное высокоточное оборудование, ориентирована на решение проблем эффективности биопрепаратов при их использовании в открытом грунте, а также внедрении молекулярно-генетических методов для анализа консорциумов микроорганизмов, характеристике наиболее перспективных штаммов и разработке систем мониторинга фитопатогенов в решении проблем защиты растений. Детально изучается микрофлора культурных растений (более шести тысяч бактериальных изолятов) и создаются консорциумы, состоящие из полезных и совместимых между собой автохтонных микроорганизмов. В модельных системах выделяются новые штаммы – агенты биологической защиты растений. Штаммы бактерий, прошедшие все этапы отбора (определение различных типов ферментативных активностей, исключение повторов и патогенов, проверка антагонистических и колонизирующих свойств, способности к синтезу индол-3-уксусной кислоты (ИУК)), представлены четырьмя условными группами: (1) бактерии, способные колонизировать корневую систему растений; (2) бактерии – антагонисты фитопатогенных грибов; (3) бактерии – продуценты ИУК; (4) бактерии, стимулирующие рост растений за счет своих ферментативных активностей. Конкретный консорциум собирается из четырех штаммов (по одному из каждой группы) для проверки совместимости. Поэтапная экспресс-диагностика перспективных штаммов позволяет сократить сроки работ по выделению агентов биозащиты растений без потери качества выделяемых штаммов. ДНК-фингерпринтинг изолятов с помощью BOX-ПЦР значительно сокращает количество изолятов без потери штаммового разнообразия, удаляя клоны одного и того же штамма в пробе. При идентификации можно избавиться от потенциально патогенных штаммов, применение которых нежелательно. В процессе исследований выявлены биосинтетические гены и кластеры генов, задействованные в продукции широкого ряда вторичных метаболитов и ферментов, что подтверждает обоснованность выбора данных штаммов как потенциальных биоконтрольных агентов и их дальнейшее исследование для создания биопрепаратов. Созданы образцы биопрепаратов комплексного действия, эффективность которых экспериментально доказана в модельных системах.

Биографии авторов

И.А. Дегтярева, Казанский научный центр Российской академии наук

доктор биологических наук, доцент, главный научный сотрудник лаборатории молекулярно-генетических и микробиологических методов

Ш.З. Валидов, Казанский научный центр Российской академии наук

PhD, руководитель лаборатории молекулярно-генетических и микробиологических методов

Литература

Cookson W.R., Murphy D.V., Roper M.M. Characterizing the relationships between soil organic matter components and microbial function and composition along a tillage disturbance gradient // Soil Biology and Biochemistry. – 2008. – № 40. – Р. 763-777. DOI: https://doi.org/10.1016/j.soilbio.2007.10.011.

Griffiths B.S., Philippot L. Insights into the resistance and resilience of the soil microbial community // FEMS Microbiology Reviews. – 2012. – № 37. – Р. 112-129. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1574-6976.2012.00343.x.

Умаров М.М., Кураков А.В., Степанов Л.А. Микробиологическая трансформация азота в почве. – М.: ГЕОС, 2007. – 138 с.

Дегтярева И.А., Яппаров Д.А., Хидиятуллина А.Я., Зарипова С.К. Оценка эффективности жидких форм биопрепаратов // Ученые записки Казанской государственной академии ветеринарной медицины им. Н.Э. Баумана. – 2013. – Т. 215. – С. 96-100.

Дегтярева И.А., Бабынин Э.В., Сироткин А.С., Яппаров И.А. Биоремедиация почв: методы и подходы. Учебно-методическое пособие. – Казань: Изд-во КНИТУ, 2018. – 100 с.

Bergmeyer H.U. Methods of enzymatic analysis. – Elsevier, 2012. – 1088 p.

Hooff G.P., Van Kapmen J., Mesteers R.J.V., Van Belkum A. et al. Characterization of β-lactamase enzyme activity in bacterial lysates using MALDI-mass spectrometry // Journal of proteome research. – 2012. – Vol. 11. – № 1. – P. 79-84. DOI: https://doi.org/10.1021/pr200858r.

Šebela M. The use of matrix-assisted laser desorption/ionization mass spectrometry in enzyme activity assays and its position in the context of other available methods // Mass Spectrometry Reviews. – 2023. – Vol. 42. – № 3. – P. 1008-1031. DOI: https://doi.org/10.1002/mas.21733.

Колешко О.И. Экология микроорганизмов почвы. Лабораторный практикум // Минск: Высшая школа, 1981. – 175 с.

Nimisha P., Moksha S., Gangawane A.K. Amylase activity of starch degrading bacteria isolated from soil // International Journal of Current Microbiology and Applied Sciences. – 2019. – Vol. 8. – № 4. – P. 659-671. DOI: https://doi.org/10.20546/ijcmas.2019.804.071.

Kumar D., Kumar L., Nagar S., Raina C., Parshad R., Gupta V.K. Screening, isolation and production of lipase/esterase producing Bacillus sp. strain DVL2 and its potential evaluation in esterification and resolution reactions // Archives of Applied Science Research. – 2012. – Vol. 4. – № 4. – P. 1763-1770.

Zebua A.C., Guchi H., Sembiring M. Isolation of non-symbiotic Nitrogen-fixing bacteria on andisol land affected by Sinabung eruption // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. – IOP Publishing, 2020. – Vol. 454. – № 1. – P. 012167. DOI: https://doi.org/10.1088/1755-1315/454/1/012167.

Sharma A.K., Sharma V., Saxena J., Yadav B., Alam A., Prakash A. Isolation and screening of extracellular protease enzyme from bacterial and fungal isolates of soil // International Journal of Scientific Research in Environmental Sciences. – 2015. – Vol. 3. – № 9. – P. 334-340. DOI: https://doi.org/10.12983/ijsres-2015-p0334-0340.

Krithika S., Chellaram C. Isolation, screening, and characterization of chitinase producing bacteria from marine wastes // International Journal of Pharmacy and Pharmaceutical Sciences. – 2016. – Vol. 8. – № 5. – P. 34-36.

Islam F., Roy N. Screening, purification and characterization of cellulase from cellulase producing bacteria in molasses // BMC research notes. – 2018. – Vol. 11. – № 1. – P. 1-6. DOI: https://doi.org/10.1186/s13104-018-3558-4.

Singh N.K., Joshi D.K., Gupta R.K. Isolation of phytase producing bacteria and optimization of phytase production parameters // Jundishapur Journal of Microbiology. – 2013. – Vol. 6. – № 5. https://doi.org/10.5812/jjm.6419.

Gordon S.A., Weber R.P. Colorimetric estimation of indole-3-acetic acid // Plant physiology. – 1951. – Vol. 26. – № 1. – Р. 192. DOI: https://doi.org/10.1104/PP.26.1.192.

Luckey T. Germfree life and gnotobiology. – Elsevier, 2012. – 536 p.

Diabankana R.G.C., Shulga E.U., Validov S.Z., Afordoanyi, D.M. Genetic characteristics and enzymatic activities of Bacillus velezensis KS04AU as a stable biocontrol agent against phytopathogens // International Journal of Plant Biology. – 2022. – Vol. 13. – № 3. – P. 201-222. https://doi.org/10.3390/ijpb13030018.