Научный журнал

Фундаментальные исследования

ISSN 1812-7339

"Перечень" ВАК

ИФ РИНЦ = 1,674

• Авторы
• Резюме
• Файлы
• Ключевые слова
• Литература

Болормаа Ч. 1 Тазетдинова Д.И. 1 Алимова Ф.К. 1

---

1 ФГАОУ ВПО «Казанский (Приволжский) федеральный университет»

Изучены отдельные промышленно важные параметры метаболитов актиномицетов рода Streptomyces из пустынных почв Монголии: антибиотическая активность по отношение тестерным микроорганизмам, влияние на ростовые свойства растений, мутагенный потенциал. Выявлены штаммы с наибольшим бактерицидным (S.2556 и S.2539) и фунгицидным действием (S.2419). 5 штаммов актиномицетов (S.2539, S.2479, S.2556, S.2472 и S.2419) из пустынных почв Монголии угнетали, 3 – стимулировали рост пшеницы (S.2352, S.2477 и S.2661). Выявленные штаммы могут быть использованы для создания биопрепаратов для стимулирования роста озимой пшеницы и биогербицидов сорных злаковых растений. Изученные штаммы актиномицетов не обладали мутагенным действием по отношению к S. typhimurium BA13 His+ в тесте Эймса без метаболической активации.

Статья в формате PDF

499 KB

Streptomyces

антибиотическая активность

фитотоксичность

мутагенность

1. Абилев С.К. Токсикология: информационное издание по биологии / С.К. Абилев, Г.Г. Порошенко. – М.: ВИНИТИ, 1986. – 174 с.

2. Акберова Н.И. Сравнение данных. Непараметрические критерии значимости: методическое руководство и сборник задач к практическим занятием по курсу «Математические методы в биохимии». – Казань: КГУ, 2005. – 51 с.

3. Алимова Ф.К. Методические указания к выполнению лабораторных работ по теме: экология микроорганизмов / Ф.К. Алимова, Н.Г. Захарова, С.Ю. Егоров. – Казань: КГУ, 1993. – 37 с.

4. Звягинцев Д. Г. Экология актиномицетов / Д.Г. Звягенцев, Г.М. Зенова. – М.: ГЕОС, 2001. – 257 с.

5. Егоров Н.С. Основы учения об антибиотиках: учеб. для студентов биолог. спец. ун-тов. – 6-е изд., перераб. и доп. – М.: Изд-во МГУ., Наука, 2004. – 528 с.

6. Калакуцкий Л.В. Актиномицеты и растения / Л.В. Калакуцкий, Л.С. Шарая // Успехи микробиологии. – 1990. – Т. 25. – С. 26–65.

7. Орлов Д.С. Органическое вещество почв Российской Федерации / Д.С. Орлов, О.Н. Бирюкова, Н.И. Суханова. – М.: Наука, 1996. – 253 с.

8. Скворцова И.Н. Мутагенная и антимутагенная активность почв / И.Н. Скворцова, Д.Г. Звягенцев, Н.Н. Лукина // сб.: Микроорганизмы и охраны почв. – М.: Изд-во МГУ, 1989. – 135 с.

9. Теппер Е.З. Практикум по микробиологии / Е.З. Теппер, В.К. Шильникова. – М.: Дрофа, 2004. – 255 с.

10. Hacene Н. Screening for nonpolyenic antifungal antibiotics produced by rare actinomycetales / N.Sabaou, N.Bounaga, G.Lefebure // Microbios. – 1994. – V. 79. Iss. 319. – P. 81–85.

11. Horan A.C. A family of novel maclocyclic lactons, the saccharocarcins produced by Saccharothrix aerocolonigenes subsp. antibiotica. 1. Taxonomy, fermentation, isolation and biological properties / M.C. Shearer, V. Hegde, M.L. Beyazova et al. // J. Antibiot. – 1997. – Vol. 50. – № 2. – P. 110–125.

12. Piepersberg W. Pathway engineering in secondary methabote-producing actinomycetes // Critical Rev. in Biotech. – 1994. – Vol. 14. №3. – P. 251–285.

Актиномицеты составляют неотъемлемую часть почвенного микробного комплекса. Образуя темноокрашенные пигменты - меланины, являющиеся предшественниками гумусовых веществ в почве, актиномицеты принимают участие в формировании почвенного плодородия и формировании азотного баланса почв [4, 6, 7, 10].

Также актиномицеты являются продуцентами многих ценных антибиотиков [11, 12], фитотоксинов и ростовых веществ (ауксины и др.). Такие продуценты могут использоваться для производства препаратов для растениеводства: биопестицидов, биогербицидов, стимуляторов роста растений [9]. Согласно требованиям к биопестицидам, принятым в Российской Федерации, необходима характеристика биохимических свойств продуцента: действие на целевой объект, мутагенность и т.д.

Целью настоящей работы явилась характеристика отдельных промышленно важных параметров метаболитов актиномицетов рода Streptomyces: антибиотическая активность по отношению тестерным микроорганизмам, влияние на ростовые свойства пшеницы, мутагенный потенциал.

В работе использованы актиномицеты рода Streptomyces: 2539, 2472, 2556, 2661, 2567, 2477, 2419, 2494, 2479, 2352, выделенные из верхнего горизонта пустынных почв Монголии (палево-бурой, крайне аридной и солончака).

Определение антибиотической активности актиномицетов по отношению к бактериям (Васillus subtilus, B.mycoides, Micrococcus luteus, Serratia marcescens, Proteus mirabilus, Escherichia coli) проводили методом лунок, к грибам рода Fusarium spp. 12 ‒ методом штриха [5]. Использованные тестерные микроорганизмы выделены из различных место обитания на территории республики Татарстан. Определение мутагенности актиномицетов определяли в тесте Эймса без метаболической активации [1]. В качестве тест-штамма использован Salmonella typhimurium BA13 His+, любезно предоставленный Маргулис А.Б (кафедра микробиологии, КФУ).

Определение фитотоксичности культуральной жидкости (КЖ) актиномицетов проводили на семенах озимой пшеницы Мироновская 808 [3]. Контролями служили стерильная вода и питательная среда Гаузе [1]. Наличие в культуральной жидкости актиномицетов фитотоксинов определяли по ростовым эффектам: количество проросших семян, длина и масса проростков и корней. Токсичными считали культуры, которые вызывали снижение всхожести семян или угнетение роста проростков и корней не менее чем на 25% по сравнению с контролем.

Культивирование микроорганизмов проводили на стандартных средах Чапека, Гаузе, мясо-пептонный агар (МПА).

Статистическую обработку результатов проводили с помощью электронных таблиц Microsoft Excel 2007. Уровень значимости р < 0,05 [2].

В основе антибиоза лежит способность одного вида организма выделять токсические вещества, угнетающие жизнедеятельность других. Актиномицеты рода Streptomyces экскретируют во внешнюю среду множество продуктов своего метаболизма, в том числе и антибиотики [5]. Они могут обладать бактериостатическим или бактериолитическим, а также противогрибным действием.

Как показали результаты, антибиотической активностью по отношению к M. luteus, P. mirabilus обладали штаммы 2539 (зона ингибирования роста бактерий составила 3 мм) и 2556 (зона ингибирования роста бактерий составила 2 мм). Остальные актиномицеты не проявили антибиотическую активность.

Также изучено влияние актиномицетов на фитопатогенный гриб Fusarium oxyspoorum (рис. 1). Наибольшей антагонистической активностью обладал штамм S.2419, под действием которого диаметр колонии патогена был в 1,9 раз меньше по сравнению с контролем. Остальные варианты между собой достоверно не раз- личались.

Наибольшее стимулирующее действие на пшеницу оказал штамм S.2352. Длина проростков была в 2,8 раз, а корней на 55,4% больше значений контроля.

Также стимулирующим действием на рост проростков и корней пшеницы обладали: стерильная среда Гаузе, штаммы S.2477, 2494 и 2661 (на 128,6% и 86,7%; 71% и 30,9; 115 и 49,6%; 56 и 31,6%, соответственно, больше по сравнению с контролем).

На длину проростков и корней ингибирующее действие оказали S.2556 (-42,6 и -62,1%), S.2472 (-37,4 и -65,3%), S.2539 (-42,2 и -80%), S.2419 (-47 и -39%), S.2479 (-40,5 и -76,7%) соответственно. Штамм S. 2567 оказал нейтральное действие (-8,8 и -23,9%) (рис. 2, а, б).

Наибольшая сырая масса корней отмечена при обработке КЖ S.2477 - в 4,7 раз больше по сравнению с контролем. Остальные варианты между собой и контролем достоверно не различались (рис. 3, а).

Наибольшая сырая масса проростков отмечена при обработке КЖ S.2477 - в два раза больше по сравнению с контролем. Остальные варианты между собой и контролем достоверно не различались (рис. 3, б).

Также была оценена сухая масса корней и проростков пшеницы. В контрольном варианте сухая масса корней пшеницы составила 0,02 г, при обработке стерильной средой Гаузе - 0,03 г. Сухая масса проростков в контроле и при обработке стерильной средой Гаузе составила 0,05 г.

Наибольшая сухая масса корней отмечена при обработке штаммом S.2352 - в 6 раз больше по сравнению с контролем. Остальные варианты между собой и контролем достоверно не различались (рис. 4, а).

Наибольшая сухая масса проростков отмечена при обработке штаммом S.2477 - в 2,4 раза больше по сравнению с контролем. Остальные варианты между собой и контролем достоверно не различались (рис. 4, б).

a

б

При анализе мутагенного потенциала метаболитов актиномицетов с помощью теста Эймса без метаболической активации количество ревертантов S. typhimurium BA13 His⁺ в опыте и в контроле достоверно не отличалось. Это говорит о том, что изученные штаммы актиномицетов не обладали мутагенным действием по отношению к S.typhimurium.

Бактерицидное действие метаболитов актиномицетов на грамотрицательные бактерии может быть связано с наличием в составе метаболитов исследованных актиномицетов аминогликозидов, активность которых возрастает при щелочном значении рН среды около 7, что примерно соответствует рН использованных сред МПА и Гаузе для культивирования бактерий.

Проявленная антагонистическая активность актиномицетов к бактериям и микромицету может быть связана с продукцией хитиназ (в случае с Fusarium oxysporum) и антибиотиков: хинонов, полипептидов, полиенов, пигментов. Эти метаболиты наряду с антимикробным действием обладают ростстимулирующими свойствами по отношению к растениям.

Стимуляция роста растений может происходить за счет веществ, выделяемых актиномицетами в среду обитания: биотин, тиамин, рибофлавин, пантотеновая и никотиновая кислоты, каротиноидные пигменты, аминокислоты, ауксины и другие ростовые вещества [9]. Для выявления действующего вещества необходимо проведение дополнительных исследований.

а

б

Угнетение роста и развития пшеницы связано с наличием среди метаболитов исследованных актиномицетов фитотоксинов [8]. Некоторые токсины вызывают внешне слабо выраженное угнетение роста растений, которое, однако, отражается на биохимических процессах, протекающих в тканях. В таких растениях нарушается химический состав. При большом скоплении токсинов происходит отравление почвы (почвоутомление). На таких почвах развитие растений угнетается, урожай снижается.

Выявлены штаммы с наибольшим бактерицидным (S.2556 и S.2539) и фунгицидным действием (S.2419).

5 штаммов актиномицетов (S.2539, S.2479, S.2556, S.2472 и S.2419) из пустынных почв Монголии угнетали, 3 - стимулировали рост пшеницы (S.2352, S.2477 и S.2661). Выявленные штаммы могут быть использованы для создания биопрепаратов для стимулирования роста озимой пшеницы и биогербицидов сорных злаковых растений.

Изученные штаммы актиномицетов не обладали мутагенным действием по отношению к S. typhimurium BA13 His⁺ в тесте Эймса без метаболической активации.

Полученные данные указывают на необходимость теста влияния метаболитов актиномицетов не только на фитопатогены, но на сельскохозяйственно важные растения, т.к. высокая антагонистическая активность биотехнологически важных микроорганизмов может положительно коррелировать с высоким уровнем фитотоксичности, что снижает хозяйственную важность микроорганизма, рекомендуемого для биотехнологии.

а

б

• Габдрахманова Л.А., д.б.н., с.н.с., начальник учебного управления ФГБОУ ВПО «Казанский государственный энергетический университет», г. Казань;
• Канарский А.В., д.т.н., профессор кафедры пищевой биотехнологии Казанского национального исследовательского технологического университета, г. Казань.

Работа поступила в редакцию 25.07.2012.

Библиографическая ссылка