Эпифитные микроорганизмы и их роль в жизни растений и при хранении урожая

Обновлено: 04.07.2024

На поверхности плодов и овощей находится значительное количество самых разнообразных микроорганизмов, которые слабо размножаются. Это так называемая эпифитная микрофлора.

Эпифитная микрофлора– это микроорганизмы, обитающие на поверхности растительных организмов, не проникая в ткани и не нанося им в определенных условиях вреда.

Черты, присущие представителям эпифитной микрофлоры:

Способны жить на поверхности, не проникая в ткани.
Обладают повышенной устойчивостью к фитонцидам.
Устойчивы к действию ультрафиолетовых лучей.
Олиготрофы.
Устойчивы к периодическому подсушиванию.

Микрофлора неповрежденных плодов и ягод довольно бедна. Состав ее случаен. Это бактерии – бесспоровые и спорообразующие (Pseudomonas herbicola, Flavobacterium, Sarcina, Lactobacillusplantarum),мицелиальные грибы (Cladosporium, Botrytis, Alternaria, Fusarium), дрожжи (Saccharomyces, Cryptococcus, Rhodotorula). Количество микроорганизмов колеблется у плодов и ягод от 5 до 50 млн на 1г сырой массы. При сборе урожая, транспортировке, хранении количество и биомасса микробов резко увеличиваются, так как тонкая кожица повреждается и вытекающий клеточный сок представляет хорошую питательную среду для размножения микроорганизмов. Эта микрофлора затем играет заметную роль в хранении и переработке плодоовощной продукции и винограда и в значительной степени определяет качество консервов и виноматериалов. Например, большое количество диких дрожжей может вызвать спонтанное забраживание сусла и виноматериал получается низкого качества. Дрожжи медленно погибают при термической обработке консервов и могут вызвать порчу компотов и соков. Термофильные спорообразующие маслянокислые бактерии вызывают бомбаж овощных и фруктовых консервов и даже могут спровоцировать пищевые отравления, например, ботулизм.

Многие представители эпифитной микрофлоры являются условными патогенами, а именно, обитая на поверхности целых растений сапрофитно, при повреждении их могут проникать в ткани и переходить к паразитическому образу жизни, вызывая различные заболевания, которые ухудшают качество плодов при хранении.

Значение эпифитной микрофлоры:

Защитная функция – выделение антибиотиков.
Выделение биологически активных веществ – стимуляторов роста (пиридоксин, тиамин, биотин, гетероауксин).
Отрицательное значение заключается в том, что эпифиты являются условными патогенами растений – при снижении иммунитета или повреждении покровов могут вызывать болезни.

Состав микрофлоры изменяется в течение жизни растений и в процессе хранения сельскохозяйственной продукции (плодов, зерна). Играет большую роль в переработке продуктов питания, производстве кормов.

Статья посвящена вопросу изучения свойств эпифитной микрофлоры и её воздействия на урожайность растений. Показано теоретическое обоснование проблемы и её актуальности.

Ключевые слова: эпифитная микрофлора, эпифитные микроорганизмы, урожайность, биотические взаимодействия.

Изучение микробно-растительных взаимодействий — одно из быстроразвивающихся направлений в современной биологии и биотехнологии растений.

Свойства, присущие эпифитным микроорганизмам и проявление их в вариативных условиях внешней среды, различны. Изменение экологической обстановки может приводить к трансформации количественного и качественного составов микроорганизмов, а также к смене биотических отношений. Можно предположить, что наряду с другими факторами, обеспечивающими иммунитет у растений, эпифитная микрофлора служит первичным барьером для защиты растений от попадающих из окружающей среды сапрофитных, условно-патогенных и патогенных микроорганизмов, что делает перспективным и актуальным исследования по данной проблеме.

До настоящего времени не существует единой методики отбора материалов, культивирования эпифитных микробов на питательных средах. До сих пор предпринимаются попытки раскрыть экологическую роль микрофлоры растений, но сущность воздействия микроорганизмов на растения изучена не в полной мере, несмотря на то, что эта ниша представляет большой интерес, обладает высокой степенью актуальности и имеет ценное практическое значение [1].

Микрофлора поверхности листьев хорошо изучена, но её характеристики настолько изменчивы под влиянием различных факторов, что изучение остаётся актуальным постоянно. Она оказывает влияние на рост и развитие растений, а также существенно влияет на урожайность растений, так как находится в теснейшем контакте с растением в течение всего вегетационного периода. К настоящему времени доказано положительное влияние многих корневых и почвенных микроорганизмов. Многие стороны взаимоотношений эпифитных микроорганизмов с растениями не изучены в полной мере [2].

Воздействие эпифитных микроорганизмов на растительный организм может быть очень разнообразным в зависимости от окружающих условий. В первые этапы прорастания зерна эпифитные микроорганизмы начинают размножаться и переходят на корни и проросток. При пониженной температуре интенсивнее развиваются более холодоустойчивые микроскопические грибы, среди которых имеются факультативные и облигатные паразиты, в результате чего резко понижается полевая всхожесть зерна [4].

Эпифитные микроорганизмы, размножаясь на поверхности растений, создают биологический барьер, препятствующий проникновению паразитов в растительные ткани. Усиливая размножение эпифитной микрофлоры опрыскиванием растений питательными для них растворами, удавалось увеличить антагонистическое действие эпифитов к фитопатогенным микроорганизмам. В принципе с некоторыми болезнями растений можно бороться, воздействуя на их эпифитную микрофлору [5].

Большую роль эпифитные микроорганизмы играют при хранении зерна и семян. При созревании зерна влажность сильно снижается и достигает уровня, когда размножение микроорганизмов становится невозможным. В спелом зерне вся влага находится в связанном состоянии и недоступна микроорганизмам [6].

Эпифитная микрофлора изучена довольно слабо. Мало исследован ее количественный и особенно качественный состав на разных растениях. На поверхности надземных частей растений находятся различные представители микроорганизмов — бактерии, актиномицеты, грибы, дрожжи, водоросли и простейшие. Количество их может быть очень велико. Дуггели насчитывал на поверхности семян злаков многие тысячи микроорганизмов [7]. От 80 000 до 25 000 000 клеток бактерий и от 4000 до 7200 грибов в 1 г семян пшеницы обнаруживал Моргенталлер. Автор отмечает, что на здоровых семенах грибов почти не имеется [8].

У прорастающих семян пшеницы насчитывается 60 000, а у непрорастающих — 13 000 000 клеток бактерий на 1 г зерна. Мак, Кент-Джонс и Эмос, обследовав 21 образец семян пшеницы, привезенных из разных стран мира, обнаружили на поверхности 1 г семян от 8000 до 8 000 000 клеток бактерий [9]. Густафсон и Парфейт при подобном же обследовании насчитывали от 46 000 до 3 260 000 бактериальных клеток на 1 г семян пшеницы [10].

В настоящее время некоторые исследователи подтверждают представления о том, что микрофлора надземных органов растений не является случайным скоплением микробов, а образует континуум микробно-растительных ассоциаций, внутри которых существует строгая видовая специфичность микроорганизмов для отдельных видов и органов растений, ее динамичность в течение вегетации, зависимость от условий произрастания растений и от ряда абиотических и биотических факторов (Холодный Н. Г., 1953; Возняковская Ю. М., 1969; Звягинцев Д. Г., 1993; Добровольская Т. Г., 2002; Глушакова A. M., Чернов И. Ю., 2004; Торопова Г. В., 2005) [11, 12, 13, 14, 15, 16]. Свойства, присущие эпифитным микроорганизмам и проявление их в вариативных условиях внешней среды, различны. Изменение экологической обстановки может приводить к трансформации количественного и качественного составов микроорганизмов, к смене биотических отношений (Широков О. Г., 1963; Самцевич С. А., 1961) [17, 18].

Вышеперечисленное свидетельствует о следующем:

Изучение свойств эпифитной микрофлоры и её воздействия на урожайность растений представляет высокую ценность и актуальность;
Неoбхoдимocть уcтанoвления закономерностей воздействия эпифитной микрофлоры на адаптивные свойства растений семейства паслёновые, а также их урожайность является одним из актуальных вопросов в области биологии, биотехнологии и сельского хозяйства.

Основные термины (генерируются автоматически): микроорганизм, качественный состав, клетка бактерий, микрофлора, поверхность растений, растение, урожайность растений, внешняя среда, полная мера, экологическая обстановка.

Эпифитные микроорганизмы растений и хранение урожая

Часть микроорганизмов, развивающихся в зоне корней растений, во время их вегетации переходит на надземные органы и продолжает здесь размножаться. Некоторое число микробов заносится на поверхность растений с пылью и насекомыми.

Микроорганизмы, развивающиеся на поверхности растений, получили название эпифитов, или микробов филлосферы. Эти микроорганизмы не паразитируют на растении, а растут за счет нормальных выделений его тканей и имеющихся на его поверхности небольших количеств органических загрязнений (пыль и т. д.).

Довольствоваться скудными запасами питательных материалов на поверхности растений могут далеко не все микроорганизмы. Поэтому состав эпифитной микрофлоры растений очень специфичен.

До 80% общего количества эпифитов составляют клетки Erwinia her bicola (Pseudomonas herbicola). Эта неспорообразующая бактерия на мясо - пептонном агаре образует золотисто-желтые колонии. В некотором количестве здесь обнаруживаются и другие бактерии, в частности, фиксирующие молекулярный азот. Очевидно, им принадлежит определенная роль в азотонакоплении. По данным М. М. Умарова, в филлосфере фиксируется около 15% молекулярного азота от общего количества азота, связываемого небобовым растением при помощи свободноживущих микроорганизмов. Бацилл и актиномицетов среди эпифитных микроорганизмов мало, чаще встречаются зародыши разных грибов (Penicillium, Fusarium, Mucor и т. д.).

Существование эпифитных микроорганизмов на здоровом растении в значительной мере связано с климатом. Во влажную погоду их численность возрастает, в сухую, наоборот, уменьшается. У тех растений, которые интенсивнее выделяют продукты обмена на поверхность тканей, микрофлора богаче и разнообразнее.

Микроорганизмы находятся не только на стебле, листьях и других надземных органах растений, но и на семенах. Исключение составляют лишь семена, плотно закрытые плодовыми или семенными оболочками, например плоды бобовых культур. В таких случаях до момента раскрытия оболочек семена практически лишены микрофлоры.

Во время уборки и обмолота зерно сильно загрязняется микроорганизмами. Большое значение при этом имеют пыль и почва. Попадая на зерно, они сильно загрязняют зерновую массу микробами.

Степень обсеменения различного зерна микроорганизмами неодинакова. Здесь сказываются индивидуальные особенности растения, условия созревания зерна и морфологические его признаки. Так, бороздка, шероховатая поверхность эпидермиса или цветочные пленки способствуют скоплению на поверхности зерна большого количества пыли и микрофлоры. Поэтому на зерне злаковых растений больше микроорганизмов, чем на семенах некоторых масличных или бобовых с гладкой поверхностью. Последние к тому же созревают в бобах и до обмолота, защищены от попадания микроорганизмов.

В полном соответствии с изложенным находятся результаты опытов Л. А. Незговорова, который нашел, что рассада страдает от холода меньше в прогретой почве. Это можно объяснить уничтожением фитопаразитов.

От чего же зависит развитие на зерне и семенах микроорганизмов, а, следовательно, порча этой продукции? Прежде всего, от влажности зерна и температуры окружающей среды.

Отдельные группы микрофлоры начинают развиваться на зерне при разных уровнях влажности. Так, при температуре около 15— 20°С некоторые грибы могут размножаться на зерне пшеницы и кукурузы с влажностью 14,5—15%, а бактерии — при увлажнении зерна пшеницы до 17,5—18%. Для зерна различных культур имеется своя критическая влажность, при которой на нем возможно размножение микроорганизмов. На семенах бобов при указанной выше температуре грибы развиваются при влажности 16%, подсолнечника— 7—9%. Это зависит от количества связанной воды у различных семян, что определяется их структурой и химическим составом. Микроорганизмы начинают развиваться на зерне, лишь, когда в нем появляется свободная вода, то есть степень увлажнения превышает уровень связанной воды.

Степень увлажнения хранящегося зерна зависит от влажности окружающего воздуха, К настоящему времени установлены значения равновесной влажности семян и зерна растений при различной влажности воздуха. Руководствуясь этими показателями, можно создавать благоприятные условия для хранения зерна и семян.

Развитие микроорганизмов на зерне и семенах зависит также от температуры. Эта зависимость отмечается только для несколько увлажненного материала, так как на сухом зерне независимо от температуры микроорганизмы не развиваются. При повышенной влажности зерна микроорганизмы размножаются тем быстрее, чем выше температура.

При температуре 100С даже довольно влажное зерно (18—19% влаги) может хорошо храниться, а при 15—20°С оно начинает быстро плесневеть и портиться бактериями. Для успешного хранения зерна при более высокой температуре его влажность необходимо снизить.

Активное развитие микроорганизмов в зерновой массе различных культур при одной и той же степени увлажнения начинается в разные сроки. Пшеница, рожь, ячмень, горох, бобы и гречиха более устойчивы. В просе, кукурузе и подсолнечнике микроорганизмы развиваются быстрее и интенсивнее.

При подмокании зерна свойственная ему эпифитная микрофлора быстро исчезает. Начинают развиваться разные плесени, преимущественно представители родов Penicillium и Aspergillus. Последний род преобладает при повышенной температуре (выше 25°С), Из бактерий на зерне сначала обильно размножаются микрококки, полностью вытесняющие Erwinia herbicola, позднее появляются разнообразные неспороносные палочки, а при повышенной температуре — бациллы (Bacillus mesentericus, Вас. subtilis и др.).

Следовательно, по составу микрофлоры зерна можно судить об условиях его хранения.

Сохранность урожая овощей и плодов, имеющих большую влажность, определяется их иммунитетом и созданием внешней среды, предупреждающей развитие микроорганизмов на их поверхности.

До 80% общего количества эпифитов составляют клетки Erwinia herbicola (Pseudomonas herbicola). Эта неспорообразующая бактерия на мясо - пептонном агаре образует золотисто-желтые колонии. В некотором количестве здесь обнаруживаются и другие бактерии, в частности, фиксирующие молекулярный азот. Очевидно, им принадлежит определенная роль в азотонакоплении. По данным М. М. Умарова, в филлосфере фиксируется около 15% молекулярного азота от общего количества азота, связываемого небобовым растением при помощи свободноживущих микроорганизмов. Бацилл и актиномицетов среди эпифитных микроорганизмов мало, чаще встречаются зародыши разных грибов (Penicillium, Fusarium, Mucor и т. д.).

Следовательно, по составу микрофлоры зерна можно судить об условиях его хранения.

3. Микробные землеудобрительные препараты.

Одним из путей повышения плодородия почвы является использование бактериальных удобрений, при внесении которых вместе с семенами в почву в зоне корневой системы образуются очаги полезных микроорганизмов, улучшающих питание растений, стимулирующих их рост и развитие. В то же время некоторые микроорганизмы (азотобактер, фосфорные бактерии), на основе которых готовятся бактериальные удобрения, могут являться активными антагонистами возбудителей, поражающих корневую систему.

Применение бактериальных удобрений, особенно нитрагина, способствующего повышению белковости и урожайности бобовых, позволит успешно выполнить задачу по решению проблемы белка за счет увеличения производства гороха, люцерны, клевера, люпина, сои и других культур.

Следует указать, что в настоящее время выпускаются новые формы бактериальных удобрений на основе клубеньковых бактерий: ризоторфин, ризобин, ризолигнин, а с использованием азотобактера - ризофил.

Для практического использования был предложен бактериальный землеудобрительный препарат фосфоробактерин. В качестве действующего начала в нем содержится спороносная бактерия (Bacillus megaterium var. phospaticum), способная разрушать фосфорорганические соединения и переводить их в доступную для растений форму.

Вас. megaterium легко образует споры, которые после размножения культуры смешивают с инертным наполнителем. В жизнеспособном состоянии споры Вас. megaterium могут сохраняться длительный промежуток времени.

Фосфоробактерин наносят на высеваемые семена. Предполагается, что в почве бактерии переходят на развивающуюся корневую систему растений. Здесь их размножение и биохимическая деятельность вызывают разложение органических соединений фосфора, что улучшает питание растений.

Опыты, проведенные с этим препаратом, показали, что он оказывает некоторое положительное влияние на рост растений и увеличивает урожай (примерно на 10%). Вместе с тем оказалось, что эффективность фосфоробактерина на почвах, удобренных суперфосфатом, не снижается, как это можно было ожидать, а, наоборот, часто повышается.

Установлено, что фосфоробактерин усиливает рост корневой системы растений. Это можно объяснить тем, что Вас. megaterium вырабатывает биологически активные вещества, среди которых имеются тиамин, пиридоксин, биотин, пантотеновая и никотиновая кислоты, витамин В12 и другие соединения. Эти вещества несколько усиливают рост растений в первые этапы их развития.

В настоящее время производство фосфоробактерина прекращено, так как имеются более активные стимуляторы роста растений, а существенного улучшения фосфорного питания препарат не обеспечивает.

Препарат АМБ был предложен Н. М. Лазаревым для активации биодинамики окультуриваемых почв северной зоны. Препарат готовят на месте его использования из измельченного низинного торфа или торфяной почвы. На 1 т торфа прибавляют 1 ц мелко раздробленного известняка, 2 кг фосфоритной муки и 1 кг маточной культуры, которую приготавливают во Всесоюзном НИИ сельскохозяйственной микробиологии. Подготовленный компост увлажняют и выдерживают в теплом помещении (при температуре около 20°С) в течение трех недель, периодически перелопачивая. На 1 га рекомендуется вносить 0,5 т подготовленного компоста.

В состав маточной закваски препарата АМБ входит большой комплекс микроорганизмов (аммонификаторы, целлюлозоразлагающие микроорганизмы, автохтонная микрофлора и т. д.).

Препарат целесообразнее всего применять в закрытом грунте. Однако, очевидно, в связи со сложностью изготовления препарат широко не используется.

Способность Azotobacter chroococcum размножаться при соответствующих условиях в ризосфере сельскохозяйственных культур дала основание предполагать, что этот микроорганизм может улучшить азотное питание растений.

По предложению академика С. П. Костычева и его сотрудников с

30-х годов текущего столетия в нашей стране начали применить землеудобрительный препарат, содержащий культуру Azotоbacter chroococcum — азотобактерин.

Позднее, когда выяснилась способность микроорганизма продуцировать биологически активные вещества, его действие на растения стали связывать не только с процессом фиксации азота и улучшением азотного питания, но и с поступлением в растения вырабатываемых микроорганизмом биологически активных соединений (витаминов и стимуляторов роста).

Было установлено и новое, весьма важное свойство азотобактера. Оказалось, что он вырабатывает фунгистатическое вещество, которое представляет собой метиловый эфир алифатической тетраеновой кислоты, содержащей гидроксильную и в - метильную группы. Обнаруженный антибиотик, по данным Н. И. Придачиной, активен против значительного числа фитопатогенных грибов. Благодаря этому свойству азотобактера при бактеризации в ризосфере угнетается развитие микроскопических грибов, многие из которых задерживают рост растений. Отдельные культуры Azotobacter различаются по своим антагонистическим свойствам.

На унавоженных почвах положительное действие азотобактерина возрастает. Этот препарат хорошо влияет на овощные культуры, которые обычно выращивают на сильно удобренных навозом почвах. Здесь бактеризация семян может повысить урожай на 20—30% и, что особенно важно, ускорить его созревание.

В бедных почвах азотобактер быстро погибает, поэтому его воздействие на растение бывает эфемерным.

В настоящее время азотобактерин используют в основном для оранжерейной и парниковой культуры растений.

Биопрепарат на основе клубеньковых бактерий рода Rhizobium

Использование препаратов клубеньковых бактерий для заражения семян бобовых растений необходимо, когда в данной местности вводятся новые культуры бобовых и в составе флоры нет перекрестно заражающихся с ними растений. Такая обстановка возникла в нашей стране при возделывании соевых бобов в новых зонах. При этом клубеньков на корнях бобовых растений практически не было. Инокуляция обеспечивала образование клубеньков и, следовательно, осуществление азотфиксации. В результате увеличивались урожай и содержание белка в растительной массе и зерне.

Использование циано-бактерий (сине-зеленых водорослей)

Возможность использования сине-зеленых водорослей для обогащения почвы азотом изучается в ряде стран. Культуры данных микроорганизмов можно вносить в почву, что получило название альголизации.

Водоросли весьма влаголюбивы и плохо размножаются на недостаточно влажной почве. Обычно как в вегетационных, так и полевых опытах внесение водорослей в почву или воду рисовых полей дает хороший эффект. Он определяется тем, что водоросли накапливают довольно большое количество азота, фиксируя N2, продуцируют биологически активные вещества и обогащают почву органическим веществом. За вегетационный период водоросли связывают до 50 кг азота и более
на 1 га, половина этого количества усваивается посевами. Фиксированный азот частично выделяется из клеток при их жизни в виде аминокислот, частично после отмирания клеток водорослей.

Читайте также: