Нематоцитное и ростостостимулирующее свойства дельта-эндотоксина Bacillus thuringiensis | Статья в журнале «Молодой ученый»

Библиографическое описание:

Симонова А. А., Малинина Т. А. Нематоцитное и ростостостимулирующее свойства дельта-эндотоксина Bacillus thuringiensis // Молодой ученый. — 2011. — №9. — С. 84-86. — URL https://moluch.ru/archive/32/3600/ (дата обращения: 25.06.2018).

В настоящее время в биотехнологии существует проблема создания биологически активного вещества обладающего комплексным действием на растения. Такое вещество должно обладать не только ярковыраженными противопаразитарными свойствами, но и быть экзогенным стимулятором роста, в сверхмалых дозах являющимся мощным биологическим раздражителем, стрессовым фактором, мобилизирующим иммунную систему.

Наибольший интерес в этом отношении представляет спорообразующая кристаллоформная бактерия Bacillus thuringiensis, различные подвиды которой обладают избирательным действием в отношении не только фитопаразитических насекомых, фитогельминов, некоторых микроорганизмов, но и является особо перспективной в качестве потенциального биологического агента для сенсибилизации растений. В отношении двух последних, интересующих нас свойств, в настоящий момент существуют лишь теоретические данные, изучение нематоцидных свойств бактерии проводится лишь за рубежом.

Bacillus thuringiensis - энтомопатогенный аэробный почвенный грамположительный микроорганизм, облаждающий способностью во время споруляции образовывать параспоральные кристаллические включения, которые обладают инсектицидной активностью к чувствительным насекомым. Кристаллы имеют бипирамидальную, кубическую или округлую форму и расположены в спорангии на противоположном по отношению к споре конце клетки [1]. В настоящее время накоплен достаточно большой опыт эффективного использования энтомопатогенов B.thurіngіensіs с различным механизмом действия для контроля численности разных групп насекомых. Споро-кристаллический комплекс B.thurіngіensіs и фитозащитные биопрепараты на их основе предопределяют видовой состав восприимчивых вредоносных насекомых. Для микробиологического контроля вредоносных насекомых в агроценозах наиболее широко и успешно используются препараты на основе трех патовариантов B.thurіngіensіs: Патовар А - подвиды B.thurіngіensіs, кристаллы эндотоксинов которых с наибольшей активностью влияют на чешуекрылых (Lepіdoptera). Продуценты таких биопрепаратов как битоксибациллин, (Bt ssp. thurіngіensіs), дендробациллин (Bt ssp. dendrolіmus), энтобактерин (Bt ssp. gallerіae), лепидоцид, дипел (Bt ssp. kurstakі) и ряд других [2].

Имеются данные о неспецифическом действии дельта-эндотоксина на представителей рода Micrococcus, Bacillus, Streptomyces [3,4], а также различных бактерий рода Bacillus на фитопатогенные грибы [5]. Особенный интерес представляет действие дельта-эндотоксина B.thuringiensis на бактериальные и грибные патогены сельскохозяйственных культур, а также условные патогены человека.

Изучению эффективности и механизма действия B.thurіngіensіs на фитонематод в России уделяется мало внимания, этот вопрос остается открытым, но в зарубежных источниках существуют данные о том, что B.thuringiensis является ингибитором роста и размножения почвенных немательминтов. Охарактеризованы пять штаммов B.thuringiensis, продуцирующие дельта-эндотоксины, токсичные для нематод, B.thuringiensis subspurstaki или дипел не изучен.

В ходе эксперимента было оценено ростостимулирующее действие дельта-эндотоксина B.thuringiensis на некторых представителей семейства бобовые, а также его нематоцидное действие на представителей класса немательминтов рода Turbatrix, разновидность Turbatrix acetiю

По результатам серии экспериментов проводимых на одном из промышленных подвидов продуцента дельта-эндотоксина – B.thuringiensis subsp. kurstaki Z-52 и направленных на выявление ростостимулирующего действия дельта-эндотоксина В.thuringiensis на фасоль, было выявлено отсутствие прямого влияния на длину стебля проростка. На протяжении всего опыта показатели у растений без обработки и обработанных дельта-эндотоксином практически не различались и выровнялись в последний день измерения. Также опыт показал, что дельта-эндотоксин и «Фитоспорин-М» ингибируют рост корня. Длина корня проростков обработанных раствором дельта-эндотоксина оказалась ниже контрольной на 0,3 см, а раствором фитоспорина почти на 1 см.

Напротив же наземная часть растения показала лучшие результаты в варианте обработанном дэльта-эндотоксином:
  1. Длина листа по средней жилке показала разницу с контролем 0,7 см, а с фитоспорином 0,4 см;

  2. Обхват стебля проростка составил 117%, по отношению к контролю;

  3. Сырая масса проростка (стебель и корень) в варианте, обработанном дельта-эндотоксином составила 126 %, а сырая масса побега 112 % по отношению к контролю.

  4. По биохимическим показателям проростки, обработанные дельта-эндотоксином показали лучшие результаты по сравнению с контролем. Хорошо видно увеличение содержания сахара, воды и пероксидазы.

Понятие «рост» охватывает ряд основных и многообразных явлений и процессов: увеличение размеров растений, прибавка в весе и т.д. Стимуляция прорастания растений и перераспределение питательных веществ из эндосперма или семядолей для двудольных растений в другие части проростков на самых ранних этапах онтогенеза сохраняется и позже, что проявляется в увеличении площади наземных органов растения. Одним из наиболее подвижных показателей роста является развитие листовой поверхности. Следовательно, приемы, ускоряющие размеры ассимиляционного аппарата, являются главным средством повышения урожайности. Таким образом, можно сделать о «стимулирующем действии кристаллов дэльта-эндотоксина» на рост и развитие растений.

Полевые опыты также дали положительные результаты. Первый мелкоделяночный опыт ставили на фасоли сорта «Журавушка». Второй полевой опыт ставили на горохе. Уборка урожая показала интересные результаты:
  1. Средний вес, а также количество семян в бобе оказался максимальным у образца обработанном дельта-эндотоксином;

  2. Урожайность у того же образца составила 110% по отношению к контролю;

  3. По биохимическим показателям на первом месте также остаются растения обработанные дельта-эндотоксином. Они опережают контрольные образцы по содержанию витаминов, сахара и воды.

Второй полевой опыт ставили на горохе:

  1. По количеству и весу семян в стручке также лидирует вариант обработанный дельта-эндотоксином

  2. Растения, обработанные дельта-эндотоксином показали заметное увеличение урожайности, по сравнению с контролем.

Известно, что в случае кратковременного воздействия микробных метаболитов на растение может развиваться системная устойчивость, фенотипически схожая с индуцированной. Системную устойчивость растений способны вызывать как авирулентные фитопатогены, так и непатогенные микроорганизмы. Вероятно, выраженный стимулирующий эффект дельта-эндотоксина на развитие растений связан с его способностью подавлять патогенную микрофлору оказывая иммунизирующее действие.

Параллельно нами проводился опыт на выявление нематоцидных свойств дельта-эндотоксина – B.thuringiensis subsp. kurstaki Z-52. В проводимом исследовании были использованы, в качестве модельных биотестов, представители класса немательминтов рода Turbatrix, разновидность Turbatrix aceti или «уксусная угрица», схожие по своему строению с фитопаразитическими нематодами и являющиеся непатогенными как для растений, так и для человека.

Инфицирование модельных биотестов суспензиями B.thuringiensis определенного титра проводили методом per os в разных концентрациях, включая сублетальные. Количество особей в каждом варианте опыта – 80; контроль стерильная вода и стерильная питательная среда. При внесении токсина в концентрации 0,15 мг/мл в лунку с нематодами на первые сутки происходило замедление движения объектов, под микроскопом были заметны явные нарушения в траектории движения, а так же в положении тела отдельных особей. Так наблюдался паралич хвостовой части тела нематод, скручивание или распрямление тела, вызванное повышенным тонусом продольных мышц. За тем наступало прекращение питания и смерть.

По результатам исследований была выявлена не только ингибирующая активность токсина, но и его нематоцидные свойства. Ниже представлена таблица по результатам исследований.

Действие B.thuringiensis susp. kurstaki Z-52 на Уксусную угрицу


Модельный тест-объект


Количество особей в одной лунке, шт


Концентрация суспензии токсина, %


Гибель на 3и сутки, %


Количество погибших гельминтов на 3и сутки, шт



Turbatrix aceti



80 шт- общее количество, из них 50 взрослые особи и 30 не достигшие половой зрелости.

0,035

5

4

0,075

15

12

0,15

25

20

0,3

70

56

0,6

90

72

1,2

100

80

Нематоцидная активность (по ЛК50 для T.aceti ) 0,26%

Нематоцидная активность (по ЛД50 для T.aceti) 0,02 мг


Эффективность воздействия препарата зависит от возраста особей в лунке микробиологического планшета: концентрация 0,035 эффективнее для молодых особей на 3 % чем для взрослых; концентрация 0,075 эффективнее для молодняка на 5%; концентрация 0,15 эффективнее для молодняка на 15%; концентрация 0,3 эффективнее для молодняка на 30%; концентрация 0,6 эффективнее для молодняка на 40%; концентрация 1,2 эффективнее для молодняка на 50%, таким образом, препарат оказался эффективнее для молодняка, для каждой концентрации значения отдельные.

Проведенные исследования позволяют сделать следующие выводы:

Дельта-эндотоксин B.thuringiensis, несмотря на ингибирование длины растений и длины корня, оказывает ростостимулирующее действие на растение, как в лабораторных (увеличение площади поверхности листьев, увеличение наземной массы растения, увеличение обхвата стебля, увеличение содержания сахара, воды и пероксидазы), так и в полевых опытах (повышение урожайности, увеличение средней массы бобов, увеличение количества бобов в стручках, повышение содержания витаминов, сахара).

А также было выявлено, что дельта-эндотоксин оказывает нематоцидное действие на Turbatrix aceti. При этом было выявлено, что дельта-эндотоксин более эффективен для молодняка. Это может быть связано с тем, что для молодняка нужна гораздо меньшая концентрация, чем для взрослых особей.


Литература:

  1. Wei J.-Z., Hale K., Carta L., Platzner E., Wong C., Fang S.-C., Aroian R.V. Bacillus thuringiensis crystal proteins that target nematode// PNAS.- 2003.- Vol. 100, №5.- P. 2760—2765.

  2. Патыка Т.И., Патыка Н.В., Патыка В.Ф. Энтомоцидная и ларвицидная активность Bacillus thuringiensis // Научный вестник Ужгородского университета. Серия Биология.– 2009. – Выпуск 25

  3. Юдина Т. Г., Бурцева Л.И. Действие дельта-эндотоксина четырех подвидов Bacillus thuringiensis на различных прокариот //Микробиология. – 1997. – Т.66. - №1. – С.25-31

  4. Юдина Т.Г., Милько Е.С., Егоров Н.С. Чувствительность диссоциантов Microccus luteus к действию дельта-эндотоксинов Bacillus thuringiensis // Микробиология, 196. – Т.65. – Вып.3. – С. 365-369

  5. Смирнов О.В. Патотипы Bacillus thuringiensis и экологические основы их использования в защите растений. Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора биологических наук. Санкт-Петербург – Пушкин, 2000, 42 с.

Основные термины (генерируются автоматически): действие дельта-эндотоксина, концентрация, молодняк, полевой опыт, представитель класса, развитие растений, увеличение содержания сахара, контроль, особь, опыт, отношение, растение.


Похожие статьи

Ассоциативные диазотрофы и их взаимодействие с растениями

Инокуляции сельскохозяйственных растений позволяет повысить продуктивность посевов во

Действие препаратов на продуктивность культур возрастает при посеве инокулированными

В этой связи изучение в полевых опытах влияния микроорганизмов на растения имеет в...

Влияние различных удобрений на рост и развитие хлорофитума

Люди издавна занимались выращиванием комнатных растений. Очень редко бывает, что, войдя в квартиру, не заметишь где-нибудь на полочке, на подоконнике, на столе комнатные растения.

Проблемы стерильности сред и растительных эксплантов...

Нами были также проведены исследования и наблюдения об отношении инфекции

Колонии бактерий образующиеся на среде как правило активному развитию растений не

Фунгицидные средства обладают еще более токсичным действием на растительные экспланты, как...

Исследование влияния качества воды на рост корневой системы...

Эксперимент № 1 Январь, время эксперимента — семь дней. ‒ опыт № 1 Вода из водопроводного крана («контроль»)

Наша гипотеза подтвердилась, если для выращивания растений использовать талую воду, то жизнедеятельность растений будет активнее.

Экологическая роль стратосферного озона для земной биоты

Излучение в спектральном диапазоне С влияет негативно на растения и животных, при этом обладает мощным бактерицидным действием.

Влияние концентраций приземного озона на здоровье населения города Алматы. Человек и экологическая безопасность.

Влияние экзогенных аминокислот на растения озимой пшеницы...

Повторность опыта составляла 20 растений.

Основные термины (генерируются автоматически): фаза кущения, озимая пшеница, аминокислота, обрабатываемый раствор, действие аминокислот, концентрация, контроль, активность аминокислот, ранний этап...

Вредоносность щитника ягодного (Dolycoris baccarum) для...

Ягодный клоп многояден, т. е. питается различными видами растений. Его можно увидеть на кустарниках, на огородных и полевых растениях; на хвойных и на лиственных деревьях.

Социальное отношение к генетически модифицированным...

Это не единственный пример положительного действия ГМО в медицине.

Нарушения в работе этого гена и приводят к увеличению концентрации холестерина в

В ходе опытов гарвардским ученым удалось снизить уровень содержания в крови холестерина почти на 40 %.

Изучение влияние доз биогумуса на рост и развитие, урожайность...

Был поставлен лабораторный и полевой опыт с целью изучение влияние биогумуса на рост и развитие сельскохозяйственных культур.

Биогумус легко и постепенно усваивается растениями в течение всего цикла своего развития.

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Ассоциативные диазотрофы и их взаимодействие с растениями

Инокуляции сельскохозяйственных растений позволяет повысить продуктивность посевов во

Действие препаратов на продуктивность культур возрастает при посеве инокулированными

В этой связи изучение в полевых опытах влияния микроорганизмов на растения имеет в...

Влияние различных удобрений на рост и развитие хлорофитума

Люди издавна занимались выращиванием комнатных растений. Очень редко бывает, что, войдя в квартиру, не заметишь где-нибудь на полочке, на подоконнике, на столе комнатные растения.

Проблемы стерильности сред и растительных эксплантов...

Нами были также проведены исследования и наблюдения об отношении инфекции

Колонии бактерий образующиеся на среде как правило активному развитию растений не

Фунгицидные средства обладают еще более токсичным действием на растительные экспланты, как...

Исследование влияния качества воды на рост корневой системы...

Эксперимент № 1 Январь, время эксперимента — семь дней. ‒ опыт № 1 Вода из водопроводного крана («контроль»)

Наша гипотеза подтвердилась, если для выращивания растений использовать талую воду, то жизнедеятельность растений будет активнее.

Экологическая роль стратосферного озона для земной биоты

Излучение в спектральном диапазоне С влияет негативно на растения и животных, при этом обладает мощным бактерицидным действием.

Влияние концентраций приземного озона на здоровье населения города Алматы. Человек и экологическая безопасность.

Влияние экзогенных аминокислот на растения озимой пшеницы...

Повторность опыта составляла 20 растений.

Основные термины (генерируются автоматически): фаза кущения, озимая пшеница, аминокислота, обрабатываемый раствор, действие аминокислот, концентрация, контроль, активность аминокислот, ранний этап...

Вредоносность щитника ягодного (Dolycoris baccarum) для...

Ягодный клоп многояден, т. е. питается различными видами растений. Его можно увидеть на кустарниках, на огородных и полевых растениях; на хвойных и на лиственных деревьях.

Социальное отношение к генетически модифицированным...

Это не единственный пример положительного действия ГМО в медицине.

Нарушения в работе этого гена и приводят к увеличению концентрации холестерина в

В ходе опытов гарвардским ученым удалось снизить уровень содержания в крови холестерина почти на 40 %.

Изучение влияние доз биогумуса на рост и развитие, урожайность...

Был поставлен лабораторный и полевой опыт с целью изучение влияние биогумуса на рост и развитие сельскохозяйственных культур.

Биогумус легко и постепенно усваивается растениями в течение всего цикла своего развития.

Задать вопрос