Биологическая защита растений композитами бактериофагов как основа экологического земледелия




Скачать 58.63 Kb.
НазваниеБиологическая защита растений композитами бактериофагов как основа экологического земледелия
Дата конвертации23.01.2013
Размер58.63 Kb.
ТипДокументы
УДК 576.858.8:577.156.15.07:543.544

БИОЛОГИЧЕСКАЯ ЗАЩИТА РАСТЕНИЙ КОМПОЗИТАМИ бактериофагов КАК ОСНОВА ЭКОЛОГИЧЕСКОГО ЗЕМЛЕДЕЛИЯ.


Е.В. Камилова, С.Б. Монаков, Т.Габисониа1, К.Северинов2

Институт генетики и экспериментальной биологии растений АН РУз, Узбекистан, e-mail: elenakamilova@yahoo.ca

1 Институт бактериофагии, микробиологии и вирусологии им. Г.Элиава, АН Грузии, Грузия, e-mail: tato_gabisonia@yahoocouk

2 Waksman Institute Rutgers, The State University of New Jersey, USA, e-mail: severik@waksman.rutgers.edu

Резюме. Грам-негативные бактерии рода Xanthomonas являются фитопатогенами, поражающими многие экономически важные сельскохозяйственные культуры. Инфекция распространяется семенами. Обследования последних лет показали, что посевы как хлопчатника, так и риса поражались X. oryzae и X. malvacearum, что привело к значительным потерям урожая. Лизирующие бактериофаги, бактериальные вирусы, имеют узкую "специализацию" в повреждении и разрушении фитопатогенных бактерий, но в то же время они не загрязняют окружающую среду. Наша коллекция бактериофагов выделена по известным методикам (F.B. Iriarte и другие, 2007, A. Сулаквелидзе, 2005) из объектов окружающей среды, которые содержат фитопатогенные бактерии: почвы, воды (как оросительной так дренажной), гербария больных растений, семян заражённых растений и т.д. Главное преимущество изобретения - разработка препарата для лечения и профилактики бактериальных болезней растений методом, который является альтернативой химическим бактерицидным препаратам, загрязняющим окружающую среду. Поливалентный концентрат бактериофагов уменьшает степень поражённости растений бактериальными болезнями на 50-90 %, способствуя увеличению урожая.

Бактерии рода Xanthomonas являются фитопатогенами, поражающими наиболее важные сельскохозяйственные культуры (Bilay, Gvozdyak, Scripal, 1988). Использование химических бактерицидных препаратов помогает контролировать развитие этих патогенов, однако в ряде случаев эффективность от их применения весьма низка, часто эти препараты небезопасны для растений и окружающей среды. Лизирующие бактериофаги, бактериальные вирусы, которые избирательно убивают и лизируют фитопатогенные бактерии, могут служить альтернативным методом борьбы с болезнями растений. В настоящее время основной способ борьбы с болезнями растений - использование химических средств борьбы. Однако возникновение резистентности к ним у бактерий, проявление кумулятивного и аддитивного эффекта, в связи с загрязнением окружающей среды, делают необходимым поиск альтернативных препаратов.

Основной целью нашего исследования являлась оценка эффективности фаготерапии заболеваний сельскохозяйственных культур, наиболее важных для сельского хозяйства Узбекистана. Была сделана характеристика воздействия лизата бактериофагов на почвенные микроорганизмы и паразитов растений. Впервые, использование лизата бактериофагов в экспериментальном полевом опыте было использовано для определения какие болезни растений можно лечить с помощью фагов. Также была сделана оценка и сравнение различных путей обработки лизатом (с ирригационной водой, опрыскиванием растений и т.п.).

Материалы и методы

В процессе научных исследований использовали общепринятые методы:

- маршрутные обследования производственных посевов хлопчатника и риса со сбором образцов растений с признаками болезней (Чумаков, Захарова, 1990) [1];

- создание коллекции бактерий Xanthomonas campestris pv. malvacearum и Xanthomonas campestris pv. oryzae ( Shaad,et al., 2001; Теппер и др., 2004) [2,3] ;

- идентификация выделенных штаммов бактерий с применением тестов Standard Kit Complete for DAS ELISA ( Schaad, and Frederick, 2002; Song, Sechler et al., 2003) [4,5];

- наработка бактериального инокулюма и инокуляция растений (Manual of methods for general bacteriology, Philipp Gerhard (ed. in chair), 1981;Практикум по микробиологии, под ред. Егорова Н.С.1976; Теппер и др., 2004) [6,7,3];

- лабораторные, вегетационные и полевые эксперименты по оценке эффективности фаготерапии бактериальных болезней (Williams, P.H., 1985; Alvarez, A.M. et al, 1994) [8,9];

- статистическая обработка экспериментальных данных ANOVA компьютерное программное обеспечение PASS/NCSS/GESS.

Результаты и обсуждение

Композиты бактериофагов были выделены, с использованием известных методов (F.B. Iriarte и другие, 2007, A. Сулаквелидзе, 2005) [10,11] из объектов окружающей среды, которые содержат фитопатогенные бактерии: почвы, воды (как оросительной, так и дренажной), гербария больных растений, заражённых семян растений, и т.д.



Рис.1. Негативные колонии (зоны лизиса), на двухслойном агаре с бактерией-хозяином Xanthomonas campestris pv. malvacearum, вызванные бактериофагом « MAGICIAN 10».

Концентраты бактериофагов могут специфически лизировать бактерии Xanthomonas («ГУ10, MAGICIAN 10» - возбудителя гоммоза хлопчатника Xanthomonas malvacearum, а «МИР 110, WORLD 110» - возбудителя бактериального ожога риса Xanthomonas oryzae). Лечебные препараты - это стерильные фильтраты фаголизатов бактерий Xanthomonas. Композитами бактериофагов можно обрабатывать семена (наносится на нестерилизованные семена хлопчатника или риса за 2 дня до посева, сушка семян не требуется, 60 л на 1 т/ 2 мл препарата на 10 г семян титром 109 БОЕ/мл), также они могут быть внесены непосредственно в воду для орошения или почву. Их можно распылять на вегетирующие растения или наносить на поражённые болезнью растения тампоном. Поливалентные концентраты бактериофагов уменьшают степень поражённости растений бактериальными болезнями на 50-90 %, способствуя увеличению урожая. Использование экологически чистых средств - композитов 1-2 Magician 10 и WORLD 110 позволяет снижать пораженность растений хлопчатника и риса бактериальными болезнями на высоком инфекционном фоне на 50-90%, на низком инфекционном фоне - на 100%.

Использование композита 1 Magician 10 способствует повышению урожайности хлопчатника на 0,10-0,26 ц/га (по сравнению с зараженным контролем) и составляет 4-5 ц/га (по сравнению с зараженным контролем), достигая 37-38 ц/га. Срок созревания коробочек хлопчатника сокращается на 5-7 дней. Новый препарат комбинированного поливалентного, лечебного бактериофага имеет более сильный лечебный эффект по отношению к растительным заболеваниям, чем монобактериофаг. Высокая активность представленного нового лечебного бактериофагового средства обусловливает широкий диапазон действия препарата Хапthоmопаs саmреstris рv. mаlvасеum особенно относительно резистентных штаммов.



Рис. 2. Растения хлопчатника (в нижней части - после обработки препаратом бактериофага).

Использование композита 2 WORLD 110 способствует повышению сухой вегетативной массы риса на 46 ц/га (по сравнению с зараженным контролем, максимальная урожайность достигает – до 40 ц/га зерна). Растения риса при поражении их бактериальным ожогом риса погибают уже в стадии проростков. Использование композита 2 WORLD 110 в вегетационных опытах в количестве 60 л на 1 т семян титром 109 БОЕ/мл позволяет растениям риса нормально развиваться и вызревать.



Рис. 3. Растения риса (слева – после обработки препаратом бактериофага, в центре –зараженный контроль, справа- здоровые растения).

Таким образом, впервые в мире, коллективом авторов был получен препарат бактериофага Концентрат бактериофага Поливалентный - рабочее название «ГУ10, MAGICIAN 10», лизирующий бактерию Xanthomonas malvacearum, возбудителя гоммоза хлопчатника. Аналогично был получен препарат бактериофага против бактериального ожога риса «МИР 110, WORLD 110».

Использованная литература

  1. Чумаков А.Е., Захарова Т.И. Вредоносность болезней сельскохозяйственных культур. Москва : ВО Агропромиздат, 1990.

  2. Schaad, N. W., Jones, J. B., and Chun, W. (eds.).3 rd Laboratory Guide for Identification of Plant Pathogenic Bacteria. St. Paul, MN: APS Press, 2001. P.373.

  3. Теппер Е.З., Шильникова Б.К., Переверзева Г.И. Практикум по микробиологии. Москва: Дрофа. 2004.

  4. Schaad, N.W., and Frederick, R.D. Real-time PCR and its application for plant disease diagnosis. J. Plant Pathol. 2002. P.250-258.

  5. Song, W-Y., Sechler, A., Hatziloukas, E., Kim, H-M., and Schaad, NW. Use of PCR for rapid detection of Acidovorax avenae and A. avenae subsp. Citrulli // Pseudomonas syringae species and related pathovars. Lacobellis, C. et al., (eds). Dordrecht, The Netherlands: Kluwer Academic Publishers, 2003.

  6. Manual of methods for general bacteriology, Philipp Gerhard (ed. in chair). Washington, DC: American Society of Microbiology, v.1,2,3, 20006. 1981.P.435.

  7. Практикум по микробиологии, под ред. Егорова Н.С. Москва: изд. МГУ.1976.C.245;

  8. Williams, P.H. Black rot (Xanthomonas campestris pv. campestris) (Pammel) Down. Crucifer genetic Cooperative, Department of Plant Pathology, University of Wisconsin, Madison, WI. 1985. P.45-236.

  9. Alvarez, A.M. et al. Serological, pathological and genetic diversity among strains of Xanthomonas campestris pv. campestris infecting crucifers. Phytopathology, v. 81.1994. P.1449-1457.

  10. Iriarte B., Balogh B., Momol M. T., Smith L. M., Wilson M., and Jones J. B. Factors affecting survival of bacteriophage on tomato leaf surfaces.J. Applied and environmental microbiology. v. 73, No. 6, 2007. P. 1704–1711.

  11. Bacteriophages, Biology and Applications; ed. by Elizabeth Kutter, Alexander Sulakvelidze, USA:CRC Press, 2005. P.452-471.


Подписи авторов:

Е.В. Камилова, к.с/х.н., с.н.с., руководитель гранта

С.Б. Монаков, к.б.н., зав.лаб.

Т.Габисониа, акад. профилактич. медицины, д.б.н., проф., зав.лаб.

К.Северинов, проф., зав.лаб.

BIOLOGICAL PROTECTION of PLANTS by Preparation of mixture of bacteriophages AS BASIS of ECOLOGICAL AGRICULTURE.


Kamilova E. , Monakov S. , Gabisonia T.1, Severinov K.2

Resume. Gram-negative bacteria of the genus Xanthomonas are plant pathogens that infect many economically significant crops. Infection spreads by seeds. A recent survey showed that cotton as well as rice were affected by X. oryzae and X. malvacearum, leading to extremely large yield loss. Lytic bacteriophages, bacterial viruses, have narrow “specialization” in damaging and killing phytopathogenic bacteria but do not endanger the environment otherwise. Our collection of bacteriophages has been isolated using well-known techniques (F.B. Iriarte et al, 2007, A. Sulakvelidze, 2005) from environmental substrates which contain phytopathogenic bacteria: soil, water – both irrigating and draining, herbarium of diseased plants, seeds of infected plants, etc. The main advantage of the invention is development of a preparation to treat and prevent bacterial plant diseases by the method which is an alternative to chemical bacteriocides that can have negative effects on the environment. A polyvalent concentrate of bacteriophage reduces infection of plants with bacterial diseases by 50-90% contributing to increased yield.





Добавить в свой блог или на сайт

Похожие:

Биологическая защита растений композитами бактериофагов как основа экологического земледелия iconРабочая программа дисциплины «физиология»
Как писал классик отечественной физиологии растений К. А. Тимирязев: «Физиология растений – это научная основа земледелия» и на современном...

Биологическая защита растений композитами бактериофагов как основа экологического земледелия iconПрограмма вступительного экзамена для абитуриентов, поступающих в уо "БарГУ", специальность 1-74 02 01 "агрономия"
Закон минимума, оптимума, максимума. Закон совокупного действия факторов жизни растений. Закон возврата как основа теории воспроизводства...

Биологическая защита растений композитами бактериофагов как основа экологического земледелия iconКонцепция непрерывного экологического образования и просвещения в области экологического земледелия в россии содержание
Концепция непрерывного экологического образования и просвещения в области экологического земледелия в россии

Биологическая защита растений композитами бактериофагов как основа экологического земледелия iconЮ. И. Помазков, В. Г. Заец
Помазков Ю. И., Заец В. Г. Биологическая защита растений (краткий курс). Для студентов III курса специальности "Агрономия" М.: Изд-во...

Биологическая защита растений композитами бактериофагов как основа экологического земледелия iconЩербакова Л. Н. Защита растений: учеб пособ для студентов учреждений сред. Проф. Образования
Зинченко В. А. Химическая защита растений: средства, технология и экологическая безопасность. – М.: КолосС, 2005. – 232 с

Биологическая защита растений композитами бактериофагов как основа экологического земледелия iconУчебно-методический комплекс дисциплины «Биологическая химия»
Биологическая химия служит фундаментом для наук, изучающих живую природу, в частности для физиологии растений, физиологии и анатомии...

Биологическая защита растений композитами бактериофагов как основа экологического земледелия iconМетодические указания к лабораторным занятиям и самостоятельной работе по дисциплине «Химические средства защиты растений»
Составители: Илюшко М. В., к б н., доцент кафедры земледелия и растениеводства пгсха; Судаков В. В., к с. Х н., доцент кафедры земледелия...

Биологическая защита растений композитами бактериофагов как основа экологического земледелия iconПрограмма вступительного экзамена по физиологии растений для поступающих в магистратуру Сибирского федерального университета по направлению 020400. 68 биология Физиология растений как наука задачи физиологии растений
История становления физиологии растений как науки. Предмет, цели и задачи курса. Методы исследования. Место физиологии растений в...

Биологическая защита растений композитами бактериофагов как основа экологического земледелия iconЗаседание экспертной группы еозкр по инвазионным иноземным растениям [Текст] / С. Г. Зиновьева // Защита и карантин растений. 2012. № С. 34
Арнитис, Р. На страже экономической и экологической безопасности [Текст] / Р. Арнитис, А. Д. Орлинский // Защита и карантин растений....

Биологическая защита растений композитами бактериофагов как основа экологического земледелия iconЗащита растений утверждено Министерством образования Республики Беларусь в качестве
Ю. А. М иренков, П. А. Саскевич, А. Р. Ц ыганов, В. Р. Кажарский с помощью химических средств защиты растений


Разместите кнопку на своём сайте:
lib.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©lib.convdocs.org 2012
обратиться к администрации
lib.convdocs.org
Главная страница