Почвенные актиномицеты как потенциальные биофунгициды Текст научной статьи по специальности « Биологические науки»

CC BY

Аннотация научной статьи по биологическим наукам, автор научной работы — Дегтярева Е. А., Виноградова К. А., Александрова А. В., Филоненко В. А., Кожевин П. А.

Показана принципиальная возможность биоконтроля фитопатогенных грибов в почве и ризосфере с помощью почвенных стрептомицетов. Из 279 выделенных из дерново-подзолистых почв популяций стрептомицетов были отобраны объекты с выраженной антигрибной активностью по отношению к различным фитопатогенным грибам. Один из наиболее активных стрептомицетов (изолят K 49) на основе фенотипического и генотипического анализов отнесен к виду Streptomyces hygroscopicus .

Похожие темы научных работ по биологическим наукам , автор научной работы — Дегтярева Е. А., Виноградова К. А., Александрова А. В., Филоненко В. А., Кожевин П. А.

SOIL STREPTOMYCETES AS POTENTIAL BIOFUNGICIDES

Biological control of fungal diseases of plants may be an effective and environmentally friendly alternative or supplement to fungicides. Soil antagonistic streptomycetes are particularly suitable for biological control , proving to be highly effective in reducing the incidence of fungal pathogens. Streptomycetes isolated from podzolic soils were evaluated for biosuppression of fungal populations. Of 279 isolates, 17 strains of streptomycetes were found to be strongly antagonistic to fungal pathogens in vitro and were selected for further experiment in situ. Total protection plants against Fusarium spp . was obtained with the strain K49 of Streptomyces hygroscopicus .

Текст научной работы на тему «Почвенные актиномицеты как потенциальные биофунгициды»

ПОЧВЕННЫЕ АКТИНОМИЦЕТЫ КАК ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ БИОФУНГИЦИДЫ

Е.А. Дегтярева, К.А. Виноградова, А.В. Александрова, В.А. Филоненко, П.А. Кожевин

Показана принципиальная возможность биоконтроля фитопатогенных грибов в почве и ризосфере с помощью почвенных стрептомицетов. Из 279 выделенных из дерново-подзолистых почв популяций стрептомицетов были отобраны объекты с выраженной антигрибной активностью по отношению к различным фитопатогенным грибам. Один из наиболее активных стрептомицетов (изолят K 49) на основе фенотипического и генотипического анализов отнесен к виду Streptomyces hygroscopicus.

Ключевые слова: биологический контроль, биофунгициды, Streptomyces hygroscopicus, Fusarium spp.

Контроль за популяциями фитопатогенных грибов, вызывающих различные заболевания растений, остается злободневной проблемой, решение которой может сократить существенные потери урожая. Широкомасштабное применение химических препаратов (фунгициды) не всегда позволяет решить данную задачу и ведет к дополнительным рискам в результате химического загрязнения сельскохозяйственной продукции и окружающей среды. Поэтому возрастает интерес к биофунгицидам — микробным популяциям, выделенным из природной среды и способным подавлять и уничтожать нежелательную популяцию. В частности, актуальность их применения очевидна в «экологическом земледелии», которое нацелено на получение продуктов высокого качества. Для решения указанных задач предлагаются коммерческие биопрепараты на основе различных микроорганизмов [13, 14], однако лишь некоторые из них включают популяции актиномицетов-антагонистов («Алирин-С», «Mycostop», «Actinovate») .

Между тем почвенные актиномицеты являются поставщиками многих антибиотических веществ с противогрибной активностью. Они также продуцируют различные экзоферменты, в том числе и хи-тиназы, субстратом для которых является клеточная стенка грибов [10]. Известно, что способность к образованию антибиотиков и ферментов проявляется актиномицетами-продуцентами не только в лабораторных, «искусственных», условиях, но и в естественной почве in situ [8].

Экологические ниши почвенных грибов и акти-номицетов частично перекрываются, что связано с особенностями их жизненных форм в почве (мице-лиальный рост, образование спор). Представленные в почвенной микробиологии многочисленные данные прямой микроскопии, включая микробные «пейзажи» на стеклах обрастания, свидетельствуют об активном развитии актиномицетов на отмирающих грибных

гифах [2]. Таким образом, потенциал почвенных акти-номицетов как агентов биоконтроля фитопатогенных грибов не вызывает сомнений. Кроме того, в последнее время показана значимая роль актиномицетов в формировании локальной и общей резистентности растений по отношению к фитопатогенным грибам (хитиназная и пероксидазная активность корней и др.). Поэтому почвенные актиномицеты представляют особый интерес в качестве источника эффективных биофунгицидов.

Цель настоящей работы — поиск актиномицетов-антагонистов фитопатогенных грибов и изучение принципиальной возможности их применения как биофунгицидов.

Объекты и методы исследования

Для анализа использовали коллекцию актиномице-тов, выделенных нами ранее из образцов подзолистых почв, взятых на территории Звенигородской биостанции биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова, а также из образцов подзолистой почвы под кольцевой колонией агарикоидного базидиомицета Clitocybe geotropa [3, 4]. Образцы отбирали в разные годы и сезоны на участках, резко различающихся по степени стрессового воздействия (после лесного пожара, восстанавливающийся лес, сплошная вырубка, осветленный лес, нетронутый лес). В модельных лабораторных условиях актиномицеты выделяли на разных этапах микробной сукцессии.

В качестве тест-организмов использовали фито-патогенные грибы из коллекции кафедры микологии и альгологии биологического факультета МГУ, выделенные нами популяции из образцов больных растений (тыква, огурцы, картофель, томаты), сапрофитные аборигенные грибы из изучаемых почвенных образцов. В работе по биофунгицидам необходимо учитывать вероятное действие агента биоконтроля не только на популяцию-мишень, но и на представителей аборигенной микрофлоры для оценки

возможного «вмешательства» в жизнедеятельность микробного сообщества [1]. Поэтому в ряде случаев в качестве тест-объектов брали бактерии из коллекций кафедры биологии почв факультета почвоведения и кафедры микробиологии биологического факультета МГУ. Список включал следующие популяции:

• фитопатогенные грибы Fusarium aquaeductuum (Rabenh et Radhlk) Lagerh, F. heterosporum Nees.Fries, F. merismoides Corda, F. oxysporum Schlechtendahl:Fries, F. poae (Peck) Wollenweber, F. solani (Martius) Sac-cardo, Macrosporium solani (Ell et Mart), Phoma exigua Desmazieres, Verticillium luteoalbum (Link) Subramanian, V. nubilum Pethybridge;

• сапрофитные аборигенные грибы, состав которых менялся в зависимости от почвенного образца;

• бактерии (почвенные и лабораторные тесты) Staphylococcus aureus 209, Bacillus megatherium, B. sub-tilis, Micrococcus luteus 2665, M. roseus, Rhodococcus erythropolis 283, Rh. luteus 371, Arthrobacter globiformis 281, Cellulomonas sp, Escherichia coli C 600, Pseudomonas fluorescens var. lemonniere, смешанная культура Micrococcus + Spirillum, Aquaspirillum sp.;

• дрожжи Saccharomyces serevisiae 230 и Candida guilliermondii 217.

Актиномицеты выделяли стандартным методом посева почвенной суспензии на плотную казеин-глицериновую среду (КГС) с нистатином [7]. Выращивание с целью отбора потенциальных антагонистов проводили на среде с соевой мукой, рекомендуемой при массовых поисках активных продуцентов [15]. Для первоначальной характеристики биологической активности выделенных штаммов использовали стандартный метод агаровых блоков [6].

Широкоспектровыми считались актиномицеты, способные подавлять три и более популяций фито-патогенных грибов. Степень активности определяли по зоне ингибирования фитопатогенов. Если зона подавления составляла 5 мм и менее, считали, что антагонисты мало активны.

Таксономическую принадлежность актиноми-цетов определяли по совокупности общепринятых морфолого-культуральных и хемотаксономических показателей [5, 9, 11, 12]. Видовую принадлежность стрептомицетов проводили с помощью полифазных таксономических исследований, основанных на использовании набора фенотипических признаков и молекулярно-генетических методов (нуклеотидная последовательность гена 16S рибосомальной РНК). Поверхность оболочки спор стрептомицетов изучали с помощью просвечивающего и сканирующего электронных микроскопов Jeol 100 CX.

Проверяли принципиальную возможность применения выбранных стрептомицетов в качестве биофунгицидов в модельных опытах с растениями пшеницы и кресс-салата, инфицированными фитопатогенными грибами Fusarium culmorum и F. oxysporum. В качестве дополнительного контроля относительной эффективности использовали аборигенный штамм гриба

Trichoderma citrinoviride. Эксперименты проводили в лабораторных условиях и фитотроне.

Лабораторные опыты с кресс-салатом ставили следующим образом: в чашки Петри с нестерильной и частично стерилизованной с помощью микроволнового облучения (СВЧ-обработка, 800 Дж/г) дерново-подзолистой почвой вносили суспензии спор 5-суточной культуры гриба F. oxysporum (6х106 спор/г) и 7-суточной культуры стрептомицетов (1х108 спор/г). Сразу же производили посев семян кресс-салата. Через 14 дней определяли процент всхожести семян и гидролитическую активность микробного сообщества почвы методом гидролиза флюоресцеина диацетата (ФДА). Поскольку гидролиз ФДА осуществляется активными клетками с действующим комплексом ферментов, то его скорость может служить индексом активной микробной биомассы. Известно, что грибы в данной почве доминируют по биомассе, обладая при этом мощным энзиматическим комплексом. Можно предположить, что скорость гидролиза ФДА существенно зависит от уровня активности почвенных грибов.

Независимая проверка биофунгицидного потенциала выделенных нами антагонистов проведена на фитотроне НИИФитопатологии (Голицино, Московская обл.) с растениями пшеницы. В качестве фитопатогенов использованы культуры агрессивных фитопатогенных грибов F. oxysporum и F. culmorum. Анализировали следующие показатели: процент всхожести семян пшеницы, длину корней растений в фазе кущения и число растений с больными корнями.

Результаты и обсуждение

Выделенная коллекция почвенных актиномицетов состоит преимущественно из представителей рода Streptomyces, что, по всей видимости, связано как с процедурой учета на благоприятной для них среде КГС, так и с их обилием в изучаемых почвах. Из 279 проверенных изолятов были отобраны те, которые показали выраженную антигрибную активность по отношению к фитопатогенным грибам, включая Fusarium aquaeductuum (Rabenh et Radhlk) Lagerh, F. heterosporum Nees.Fries, F. merismoides Corda, F. oxysporum Schlechtendahl:Fries, F. poae (Peck) Wollenweber, F. solani (Martius) Saccardo, Macrosporium solani (Ell et Mart), Phoma exigua Desmazieres, Verticillium luteoalbum (Link) Subramanian, V. nubilum Pethybridge.

Анализ показал, что активность аборигенных стрептомицетов, так или иначе действующих на аборигенные грибы (состав этих тест-культур менялся в зависимости от исследуемого образца), существенно выше, чем активность по отношению к фитопатогенным грибам, нетипичным для данных местообитаний. Так, примерно 14% стрептомицетов, выделенных из образцов разных зон кольцевой колонии агарикоидного гриба Clitocybe geotropa, угнетают рост аборигенных грибов, но не более 8% из них в

той или иной степени подавляют фитопатогенные грибы [3]. Широкоспектровых «сильных» антагонистов, угнетающих рост двух-трех видов рода Fusarium и Verticillium luteoalbum, выявлено менее 3% от общего числа активных изолятов.

Среди стрептомицетов, выделенных из сильноподзолистой почвы Звенигородской биостанции, доля таковых с выраженной активностью по отношению к фитопатогенам была существенного выше — примерно треть проверенных изолятов способна угнетать фитопатогенные грибы, но среди них в основном преобладают популяции с узким спектром антигрибного действия (подавление роста от одного до трех тест-грибов). Всего из 279 штаммов актиномицетов выявлено 35, обладающих широким спектром действия. Из них наибольшую активность проявили только 22 штамма.

Для экспериментов по биологическому контролю в качестве потенциальных биофунгицидов были отобраны 17 популяций стрептомицетов с выраженной активностью in vitro по отношению к тестируемым видам фитопатогенных грибов рода Fusarium, в том числе F. heterosporum, F. merismoides, F. oxysporum, F. solani, а также к Verticillium luteoalbum, Phoma exigua. Они различаются по спектру действия (угнетают от одного объекта до всего изучаемого комплекса фито-патогенов). На основе детальной морфолого-культу-ральной характеристики популяции стрептомицетов были отнесены к определенным фенокластерам согласно имеющейся классификации [9].

В результате Streptomyces sp. K 182 отнесен к фенокластеру 10 категории 3 — Str. bambergiensis Wallhausser, Nesemann, Prave and Steigler 1966, 734^; Streptomyces sp. K 193 — к фенокластеру 8 категории 2 — Str. chattanoogensis Burns and Holtman 1959, 398^; Streptomyces sp. 36 входит в состав фенокластера 8 категории 2 — Str. xanthocidicus Asahi, Nagatsu and Suzuki 1966, 196al; Streptomyces sp. A 10 — в состав фенокластера 3 категории 1 — Str. halstedii (Waksman and Curtis 1916) Waksman and Henrici 1948, 953AL и может быть отнесен к виду Str. griseolus (Waksman 1923) Waksman and Henrici 938AL.

Один из наиболее активных стрептомицетов Streptomyces sp. K 49, отнесенный к виду Str. hygroscopicus (Jensen 1931) Waksman and Henrici 1948, 953AL, входит в состав таксономической группы Str. violaceusniger clade, включающей виды с морщинистой оболочкой спор в спиральных цепочках (рис. 1). Видовая принадлежность этого штамма в составе данной таксономической группы подтверждена с помощью генотипического метода (ПЦР) по последовательности гена 16s RNA.

Эксперименты показали, что стрептомицеты с антигрибной активностью могут угнетать также и различные бактерии, в том числе и те, которые обычно относят к типичным обитателям почвы. Например, штаммы стрептомицетов К 49 и К 193 обладают широким спектром антимикробного дей-

Рис. 1. Спиральные цепочки спор популяции Streptomyces hygroscopicus

ствия и подавляют рост бактерий (Bacillus megatherium, B. subtilis, Micrococcus luteus 2665, M. roseus, Rhodococcus erythropolis 283, Rh. luteus 371, Arthrobacter globiformis 281, Cellulomonas sp. lau 1), двух видов дрожжей (Saccharomyces serevisiae 230 и Candida guilliermondii 217), но не действуют на бактерии Escherichia coli C 600, Pseudomonasfluorescens var. lemonniere, смешанную культуру Micsococcus + Spirillum, Aquaspirillum sp. Активный антагонист грибов штамм К 182 не угнетает многие изученные почвенные бактерии и дрожжи, но угнетает рост Staphylococcus aureus, Bacillus megaterium, B. subtilis, Micrococcus luteus. Популяция стрептомицета А 10 (высокая активность к Fusarium) не подавляла рост всех тестируемых бактерий, в том числе и выделенных из почв. Полученная предварительная информация показывает возможность применения биофунгицидов не только для контроля грибов, но и для решения дополнительных задач по регуляции структуры и активности почвенного микробного сообщества.

Анализ возможности биоконтроля фузариоза популяцией Streptomyces hygroscopicus проведен в модельных экспериментах с помощью компьютерной системы их планирования (STATGRAPHICS Plus for Windows). В лабораторных опытах с почвой и семенами кресс-салата в чашках Петри на фоне фузари-озного инфицирования установлено, что наиболее существенными и статистически значимыми являются факторы интродукции стрептомицета-антагониста и состояния микробного сообщества в момент посева, а также взаимодействие этих факторов (рис. 2).

Основные эффекты для отдельных факторов представлены на рис. 3. Интродукция антагониста Streptomyces hygroscopicus существенно улучшает условия для развития растений. Положительным фактором является также ненарушенное почвенное микробное сообщество, которое имеет заведомо более высокое биоразнообразие («зрелая» система) по сравнению с сообществом после частичной стерилизации («молодая» система). Популяция Trichoderma citrino-viride в условиях эксперимента не проявила присущих грибам данного рода функциональных особенностей,

Рис. 2. Относительная значимость влияния исследуемых факторов на развитие растений на диаграмме Парето: фактор А — почвенная микробная система, фактор B — популяция Streptomyces hygroscopicus, фактор С — популяция Trichoderma citrinoviride

частичная без нет есть нет есть

Почва Streptomyces Trichoderma

Рис. 3. Основные эффекты по показателю всхожести растений для трех исследуемых факторов: состояния почвенного микробного сообщества, интродукции стрептомицетов, интродукции триходермы

что скорее всего связано со свойствами данной аборигенной популяции.

Как и следовало ожидать, в нестерильной почве индекс гидролиза ФДА существенно превышает таковой в почве после ее частичной стерилизации. Внесение популяции гриба Trichoderma citrinoviride закономерно повышает индекс гидролиза ФДА, однако после интродукции стрептомицетов он существенно падает, что указывает на сильное подавление комплекса грибных популяций. Возможно, столь выраженное снижение индекса активной биомассы свидетельствует об эффективности регуляции по типу некротрофной микофагии (рис. 4).

Поверхность отклика для двух ключевых факторов наглядно подтверждает возможность биоконтроля фу-зариоза с помощью популяции Streptomyces hygroscopicus

Индекс гидролиза ФДА 5,5 F /

частичная без нет есть нет есть

Почва вКерЮтусез Trichodermа

Рис. 4. Влияние исследуемых факторов на индекс гидролиза ФДА

Микробная система о внесения

Рис. 5. Поверхность отклика для растений в зависимости от интродукции стрептомицетов и состояния почвенного микробного сообщества

(рис. 5). Очевидно также, что для прогноза событий и управления процессами необходима информация о состоянии почвенной микробной системы в момент интродукции антагониста и посева растений.

Независимая проверка с растениями пшеницы (заражение F. oxysporum и F. culmorum) подтвердила возможность применения популяции Streptomyces hygroscopicus в качестве биофунгицида. Стрептоми-цеты при внесении в почву на фоне фитопатогенных грибов ослабляли их негативное влияние на растения: длина корней увеличивалась на 20%, число растений с больными корнями уменьшалось на 36%, а показатель всхожести возрастал на 48%.

Таким образом, показана принципиальная возможность биоконтроля над фитопатогенными грибами рода Fusarium с помощью популяций стрептомицетов. Это позволяет осуществить переход к более широкой проверке возможности применения отобранных стрептомицетных популяций в качестве биофунгицидов.

1. Александрова А.В, Великанов Л.Л., Сидорова И.И., венные микромицеты // Микология и фитопатология. 2000. Сизова Т.П. Влияние гриба ТпеНойвгта Натанит на поч- Т. 34, вып. 3.

2. Аристовская Т.В. Микробиология подзолистых почв. М.; Л., 1965.

3. Виноградова К.А., Александрова А.В., Сидорова И.И., Воронина Е.Ю. Распределение почвенных актиномицетов в кольцевой колонии Clitocybe geotropa (Bull.) Quel. и их антагонистическая активность в отношении микромицетов // Микология и фитопатология. 2009. Т. 43, вып. 5.

4. Виноградова К.А., Мовчан Д.Д., Александрова А.В., Кожевин П.А. Характеристика межпопуляционных взаимодействий аборигенных грибов и актиномицетов подзолистой почвы // Микология и фитопатология. 2007. Т. 41, вып. 4.

5. Гаузе Г.Ф., Преображенская Т.П., Свешникова М.А., Терехова Л.П., Максимова Т.С. Определитель актиномицетов. М., 1983.

6. Егоров Н.С. Основы учения об антибиотиках. М., 2004.

7. Зенова Г.М. Почвенные актиномицеты редких родов. М., 2000.

8. Кожевин П.А. Экология почвенных микроорганизмов // Экология микроорганизмов / Под ред. А.А. Нетру-сова. М., 2004.

9. Bergey’s Manual of systematic Bacteriology / Ed. S.T. Williams, M. Sharpe, J.A. Holt. Baltimore ets. 9th Edition, 1989. Vol. 4.

Сведения об авторах

10. Gomes R..C., Semedo L.T.A.S., Soares R.M.A., Alvia-no C.S., Linhares L.F., Coelho R.R.R. Chitinolytic actinomycetes from a Brazilian tropical soil active against phytopathogenic fungi // Word J. Microbiol. and Biotechnol. 2000. Vol. 16.

11. Goodfellow M., Kumar Y., Labeda D.P., Sembiring L. The Streptomyces violaceusniger clade: a home for streptomycetes with rugose ornamented spores. Antonie van Leeuwenhoek. 2007. Vol. 92.

12. Kampfer P. The family Streptomycetaceae. Part 1: Taxonomy // The Procariotes. Ed. M. Dworkin et al. 3th ed. N.Y., 2004.

13. McSpadden Gardener B.B., FravelD.R. Biological control of plant pathogens: Research, commercialization, and application in the USA // APS net Feature: Biological control of plant pathogens. 2002.

14. Nourozian J., Etebarian H.R., Khodakaramian G. Biological control of Fusarium graminearum on wheat by antagonistic bacteria // Songklanakarin J. Sci. Technol. 2006. Vol. 28 (Suppl. 1).

15. Warren H.B. Non-synthetic media for antibiotic producing actinomycetes // Antibiotic and Chemoterapy. 1955. Vol 5, N 10.

Поступила в редакцию 18.04.08

Дегтярева Е.А., студентка, кафедра биологии почв. Виноградова К.А., канд. биол. наук, кафедра микробиологии биологического ф-та. Александрова А.В., канд. биол. наук, кафедра микробиологии биологического ф-та. Филоненко В.А., генеральный директор НПО «ЭМ-Кооперация». Кожевин П.А., докт. биол. наук, кафедра биологии почв.

SOIL STREPTOMYCETES AS POTENTIAL BIOFUNGICIDES

E.A. Degtyareva, K.A. Vinogradova, A.V. Alexandrova, V.A. Filonenko, P.A. Kozhevin

Biological control of fungal diseases of plants may be an effective and environmentally friendly alternative or supplement to fungicides. Soil antagonistic streptomycetes are particularly suitable for biological control, proving to be highly effective in reducing the incidence of fungal pathogens. Streptomycetes isolated from podzolic soils were evaluated for biosuppression of fungal populations. Of 279 isolates, 17 strains of streptomycetes were found to be strongly antagonistic to fungal pathogens in vitro and were selected for further experiment in situ. Total protection plants against Fusarium spp. was obtained with the strain K49 of Streptomyces hygroscopicus.

Key words: biological control, biofungicides, Streptomyces hygroscopicus, Fusarium spp.

Актиномицеты

Тип:	Актинобактерии ( Actinobacteria )

Подкласс :

Actinobacteridae

Порядок:

Актиномицеты

Актиномицеты ( устар. лучистые грибки ) — бактерии, имеющие способность к формированию на некоторых стадиях развития ветвящегося мицелия (некоторые исследователи, подчёркивая бактериальную природу актиномицетов, называют их аналог грибного мицелия тонкими нитями) диаметром 0,4—1,5 мкм, которая проявляется у них в оптимальных для существования условиях. Имеют кислотоустойчивый (англ. acid fast) тип клеточной стенки, которая окрашивается по Граму как грамположительная, однако по структуре ближе к грамотрицательным. Характеризуются высоким (60—75 %) содержанием ГЦ пар в ДНК.

Наиболее распространены в почве: в ней обнаруживаются представители почти всех родов актиномицетов. Актиномицеты обычно составляют четверть бактерий, вырастающих на традиционных средах при посевах их разведённых почвенных суспензий и 5—15 % прокариотной биомассы, определяемой с помощью люминесцентной микроскопии. Их экологическая роль заключается чаще всего в разложении сложных устойчивых субстратов; предположительно они участвуют в синтезе и разложении гумусовых веществ. Могут выступать симбионтами беспозвоночных и высших растений.

Содержание

Строение

Косвенные данные позволят предположить у актиномицетов апикальный рост.

Дифференциация мицелия — процесс усложнения в процессе развития колонии актиномицета. Прежде всего она проявляется в делении на первичный (субстратный) и вторичный (воздушный) мицелий. Воздушный толще, он гидрофобен, содержит больше ДНК и ферментов, на поверхности его клеток имеются различные структуры (палочковидные, фиблиллы).

Мицелий с редкими перегородками, практически ценоцитный у спорообразующих, с частыми перегородками (септами) у форм, для которых мицелий распадается и близких к ним. Вегетативные клетки большинства форм делятся поперечными перегородками, Geodermatophilus и Dermatophilus — во взаимно перпендикулярных направлениях, некоторые актиномицеты содержат клетки с септами, проходящими в совершенно разных направлениях (спорангии Micromonospora, везикулы Frankia). Ветвление происходит по механизму почкования.

Часто дифференциация проявляется в образовании амицелиарных структур:

• коремии — тесное переплетение слившихся гиф, склеенных слизью с оксидами железа;
• агрегаты клеток;
• кристаллы вторичных метаболитов;
• «серные гранулы»;
• склероции — утолщённые гифы с вакуолями, заполненными липидами, может прорастать как спора;
• везикулы — инкапсулированные азотфиксирующие образования у Frankia.

В процессе старения цитоплазма клеток приобретает неравномерную электронную плотность, в ней перестают различаться рибосомы, граница нуклеоида расплывается, клеточная стенка становится тонкой и рыхлой, образуется микрокапсула. При автолизисе в цитоплазме образуются обширные светлые участки, нуклеоид распадается, в клеточной стенке образуются отверстия, клетка заполняется мембранными структурами, разрушающимися последними.

Жизненный цикл

Нокардиоформные актиномицеты редко образуют споры и размножаются преимущественно фрагментами быстро распадающегося мицелия. Актиномицеты, имеющие продолжительные мицелиальные стадии, различаются по типу спорообразования.

Спорообразование

По числу спор актиномицеты делят на моно- (например, Saccaromonospora, Micromonospora) олиго- (Actinomadura) и полиспоровые (Streptomyces), выделяя особо те, которые образуют спорангии. Спорообразование преимущественно экзогенное (Thermoactinomyces образует настоящие эндоспоры, однако в настоящее время этот род на основании хемотаксономических и генетических признаков, несмотря на выраженную мицелиальную стадию склонны относить к бациллам), реже псевдоэндогенное (Planomonospora, Dactylosporangium).

У Streptomyces и спорулирующих Actinomyces споры образуются в два этапа:

• Апикальный участок воздушной гифы отделяется септой, нуклеоид вытягивается.
• Почти одновременно клетка делится септами на участки, нуклеоид делится в тех же местах, клеточная стенка становится в 2 раза толще, споры округляются и их стенка становится в 7 раз толще стенки гифы.

У олигоспоровых септы закладываются базипитально. У монспоровых могут образовываться по механизму почкования.

Спорообразование вызывается т. н. фактором А (C₁₃H₂₂O₄).

Прорастание споры

Прорастание происходит в следующие стадии:

• Инактивная спора гидрофобна, термоустойчива, не проявляет дыхательной активности
• Смачивающаяся активированная спора проявляет активность ферментов, начинается дыхание
• Спора набухает, начинается синтез РНК
• Выход 1—3 (реже 4) ростовых трубок, начинается синтез ДНК. Эта стадия необратима, остальные три — обратимы.

Образуют друзды — скопление переплетенных нитей с колбовидными утолщениями на концах.

Подвижность

Могут быть подвижны на стадии споры (актинопланы, Geodermatophilus и Dermatophilus), иногда подвижны части мицелия (эрсковия).

Экологические функции

Актиномицеты (особенно рода Micromonospora) обнаруживаются в водоёмах и их донных осадках, однако не решен вопрос о том являются ли они постоянными их обитателями или занесены из почвы, неизвестна также их роль в данных местообитаниях.

Почвы являются тем природным субстратом, откуда актиномицеты выделяются в наибольшем разнообразии. Однако большая часть биомассы актиномицетов представлена спорами, которые и дают колонии при учёте популяций в почве методом посева, лишь 1—4 % биомассы занимает мицелий [1] . Он обнаруживается в микрозонах с повышенным содержанием органического вещества.

Актиномицеты доминируют на поздних стадиях микробной сукцессии, когда создаются условия для использования труднодоступных субстратов. Активация актиномицетной микрофлоры происходит при внесении в почву крахмала, хитина, нефтепродуктов и т. д.. В то же время из-за медленного роста актиномицеты не способны конкурировать с немицелиальными бактериями за легкодоступные вещества. Возможно, что вторичные метаболиты (в особенности, меланоидные пигменты) играют какую-то роль в образовании гумуса.

Ценозообразующую роль актиномицеты играют в местах первичного почвообразования, находясь в этих условиях в ассоциации с водорослью. Эти ассоциации в лабораторных условиях формировали лишайникоподобный таллом (актинолишайник).

Актиномицеты (рода Streptomyces, Streptosporangium, Micromonospora, Actinomadura) являются постоянными обитателями кишечника дождевых червей, термитов и многих других беспозвоночных. Разрушая целлюлозу и другие биополимеры, они являются их симбионтами. Представители рода Frankia способны к азотфиксации и образованию клубеньков у небобовых растений (облепиха, ольха и др.). Есть патогенные формы, вызывающие актиномикоз. В организме человека обитают в ротовой полости, в кишечнике, в дыхательных путях, на коже, в зубном налете, в кариозных зубах, на миндалинах.

Отношение к факторам внешней среды

Большинство актиномицетов — аэробы, факультативные анаэробы присутствуют лишь среди актиномицетов с непродолжительной мицелиальной стадией. Здесь усматривается некоторая параллель с грибами, среди которых лишь немицелиальные дрожжи также способны жить в анаэробных условиях. Предполагается что менее эффективный анаэробный тип метаболизма успешен при большей относительной поверхности клеток, которая достигается фрагментацией мицелия.

Считается что актиномицеты более устойчивы к высушиванию чем немицелиальные бактерии, благодаря чему они доминируют в пустынных почвах. Лабораторное хранение почвенных образцов в условиях, не способствующих вегетативному росту прокариот увеличивает относительное содержание актиномицетов, учитываемое методом посева. Особенно долго способны сохраняться при высушивании склероции, образуемые родом Chainia. Показано что при a_w=0,50 некоторые споры прорастают (р. Streptomyces, Micromonospora), однако образовавшийся мицелий не ветвится. При a_w=0,86 прорастают споры практически всех актиномицетов, у некоторых мицелий ветвится, образуются микроколонии, оптимум достигается при a_w=0,95.

Чаще всего актиномицеты нейтрофилы, однако некоторые роды ацидофильны или алкалофильны. Характерным свойством актиномицетов является ацидотолерантность, благодаря чему их доля в микробном комплексе лесных почв относительно высока. Отмечено что на кислой среде продлевается вегетативная стадия, на щелочной, напротив, ускоряется спорообразование.

Актиномицеты не требовательны к содержанию органического углерода в среде, многие из них способны расти на «голодном» агар-агаре. Представители рода Nocardia способны осуществлять хемосинтез, окисляя водород, метан и метанол. Широко среди актиномицетов распространена править] Биохимические особенности

Для актиномицетов отмечается наличие редких метаболических путей и ферментных систем. Например, для них характерен путь расщепления глюкозы Энтнера-Дудорова, встречается полифосфатгексокиназа (вместо обычной гексокиназы), существуют особенности в синтезе ряда аминокислот; во вторичном метаболизме им свойственен шикиматный путь синтеза ароматических соединений, включение цельных углеродных скелетов глюкозы во вторичные метаболиты, например, антибиотики.

Отличительной особенностью актиномицетов является способность к синтезу физиологически-активных веществ, антибиотиков, пигментов, пахучих соединений. Именно ими формируется специфический запах почвы и иногда воды (вещества геосмин, аргосмин, муцидон, 2-метил-изоборнеол). Актиномицеты являются активными продуцентами антибиотиков, образуя до половины известных науке.

Группы родов актиномицетов по 9 изданию определителя Берджи

Нокардиоформные актиномицеты

Аэробные организмы, имеющие в цикле развития мицелиальную стадию. Мицелий может распадаться на элементы, образуя цепочки, подобные спорангиям. Настоящих спор нет. Сюда относят род Nocardia, Rhodococcus, способный использовать углеводороды нефти, Promicromonospora, Actinobispora, Oerskovia и др.. деление на роды — по хемотипу клеточной стенки и другим хемотаксономическим признакам.

Роды с многогнездовыми спорангиями

Образующийся мицелий делится на отдельные кокковидные клетки, подвижные у Geodermatophilus и Dermatophilus и неподвижные у Frankia. Франкии — азотфиксирующие симбионты ольхи и других небобовых растений, образующие на их корнях клубеньки. Место обитания: почва, воды и кожа млекопитающих.

Актинопланы

В цикле развития имеют подвижную стадию и стадию образования развитого мицелия, разделенного перегородками. Сапротрофы и факультативные паразиты. Распространены в почве, лесной подстилке, животных останках и воде природных источников, часто развиваясь на пыльце попавших в неё растений. Разделяются на роды по типам спорангиев:

• Подвижные споры в спорангиях (Actinoplanes, Ampullariella, Dactylosporangium, Pilimelia)
• Неподвижные споры
  • Одиночные (Micromonospora)
  • В цепочках (Catellatospora)

Тип клеточной стенки II (содержит мезо-ДАПК и глицин).

Стрептомицеты и близкие роды

Образуют хорошо развитый воздушный мицелий, не распадающийся в процессе развития на отдельные клетки. Спорангии состоят из прямых или закрученных спиралью цепочек неподвижных спор. Обитают в почве, характеризуются сильной антибиотической и хитиноразлагающей активностью.

Тип клеточной стенки I (содержит L-ДАПК)

Мадуромицеты

Мицелий также не распадается на отдельные клетки. Споры только на воздушном мицелии в цепочках или спорангиях, как подвижные так и нет. Группа плохо изучена и требует ревизии. Образуют короткие цепочки спор (Actinomadura и др.), спорангии с неподвижными (Planomonospora) или подвижными спорами (Streptosporangium).

Типы клеточных стенок II—IV. В гидролизатах целых клеток обнаруживается мадуроза.

Термомоноспоры и близкие роды

Развитый мицелий, споры расположены одиночно, в цепочках или спорангиеподобных структурах. Тип клеточной стенки III (мезо-ДАПК, нет дифференцирующих сахаров).

Род Termoactynomyces

Термоактиномицеты образуют типичные эндоспоры и по этому признаку, а также по строению 16s рРНК должны быть отнесены к бациллам, однако образуют развитый мицелий. Термофилы, способные расти в диапазоне 40—48 градусов по Цельсию.

История изучения

В 1874 Ф. Кон в пробе из слёзного канала человека впервые обнаружил нитчатую бактерию, названную в честь врача, взявшего пробу Streptothrix foersteri. Поскольку родовое название Strepothrix уже было занято грибом, позднее бактерия была переименована в Streptomyces foersteri. В 1877 патолог Боллингер и ботаник Гарц исследовали опухоли (актиномикозные узлы) коров и обнаружили их возбудителя, которого из-за лучистого расположения нитей назвали лучистым грибком (Actinomyces). Это название вскоре стало собирательным для нескольких близких родов.

В 1884 немецкий врач Джеймс Израиль получил первую чистую культуру актиномицета (Actinomyces israelii). В дальнейшем было обнаружено множество патогенных форм (1888 — из ноги больного мадуровой болезнью человека Нокардом был выделен первый представитель рода Nocardia), в 1890—1892 Госпирини составил список родов актиномицетов.

В 1912—1916 стали появляться первые описания непатогенных актиномицетов, выделенных из обычных природных субстратов. В этот период свой вклад в развитие актиномицетологии внесли С. А. Ваксман, Краинский, Рудольф Лиске.

Новый этап развития науки начался в 1939, когда Красильников получил в нативном виде антибиотик мицетин, выделяемый стрептомицетами. В 1945 Ваксман, Шатц и Буги выделили стрептомицин. На актиномицеты оказалось обращено большое внимание, однако в основном развивались прикладные аспекты актиномицетологии, связанные с получением и применением антибиотиков. Тем не менее в это период также были получены сведения об экологии, биохимии, строении, циклах развития, которые в свою очередь позволили разработать принципы классификации актиномицетов.

С 1980-х-1990-х внимание переключилось на изучение экологических функций актиномицетов, их взаимоотношения в естественных условиях с животными, растениями и микроорганизмами. Происходит пересмотр систематики, связанный с получением данных о геноме актиномицетов.

Примечания

1. ↑Звягинцев Д. Г. Почва и микроорганизмы. — М.: 1987

Литература

• Зенова Г. М. Почвенные актиномицеты. — М.: Изд-во МГУ, 1992. — ISBN 5-211-02902-X
• Определитель бактерий Берджи. В 2-х т. Т. 2: Пер. с англ./Под ред. Дж. Хоула, Н. Крига, П. Снита, Дж. Стейли, С. Уилльямса. — М.: Мир, 1997. — 368 с., ил. — ISBN 5-03-003112-X

Wikimedia Foundation . 2010 .

• Шлюп
• Клаудсэт

Смотреть что такое «Актиномицеты» в других словарях:

актиномицеты — крупная группа грамположительных бактерий, объединяемых в актиномицетную линию, или актинобактерии. К А. относят нокардии, актиномицеты с многоклеточными спорангиями (роды Geoder–matophilus, Dermatophilus, Frankia), актинопланы, стрептомицеты,… … Словарь микробиологии

АКТИНОМИЦЕТЫ — порядок бактерий, образующих ветвящиеся клетки, или гифы. К актинимицетам относят собственно актиномицеты, микобактерии, стрептомицеты и др., всего ок. 700 видов. Распространены в почве, водоемах, в воздухе и на растительных остатках; некоторые… … Большой Энциклопедический словарь

АКТИНОМИЦЕТЫ — АКТИНОМИЦЕТЫ, бактерии, образующие ветвящиеся клетки (гифы). Распространены главным образом в почве и пресных водоемах; некоторые возбудители болезней (актиномикоз, туберкулез, дифтерия и др.). Виды, вырабатывающие антибиотики (главным образом… … Современная энциклопедия

АКТИНОМИЦЕТЫ — (Actinomycetales), порядок бактерий, образующих клетки или гифы с истинным ветвлением. Диам. клеток 0,5 2,0 мкм. 8 семейств: микобактерии, нокардии, стрептомицеты, (Actinomycetaceae, Frankiaceae, Actinoplanaceae, Dermatophilaceae,… … Биологический энциклопедический словарь

АКТИНОМИЦЕТЫ — [m u k h z (микэс) гриб] одна из гр. микроорганизмов. При развитии А. образуют ветвящийся мицелий. В отличие от микроскопических грибов А. не имеют оформленного ядра и клеточных перегородок внутри мицелия. К классу A.… … Геологическая энциклопедия

Актиномицеты — АКТИНОМИЦЕТЫ, бактерии, образующие ветвящиеся клетки (гифы). Распространены главным образом в почве и пресных водоемах; некоторые возбудители болезней (актиномикоз, туберкулез, дифтерия и др.). Виды, вырабатывающие антибиотики (главным образом… … Иллюстрированный энциклопедический словарь

актиномицеты — группа бактерий, образующих ветвящиеся клетки, или гифы. К актиномицетам относят собственно актиномицеты, микобактерии, стрептомицеты и др., всего около 700 видов. Распространены главным образом в почве, водоёмах, в воздухе; некоторые паразиты… … Энциклопедический словарь

актиномицеты — (актино. + гр. mykes (myketos) гриб) лучистые грибы, стрептомицеты микроскопические организмы, близкие к бактериям; живут в почве, воде или на поверхности растений; нек рые виды актиномицетов вызывают заболевания акти номикозы; из ряда видов… … Словарь иностранных слов русского языка

Актиномицеты — (лучистые грибки) Класс Actinomycetes Семейство Actinomysetaceae. Род Actinomycer Harz. Представляет собой обособленную группу бесхлорофилловых микроорганизмов, сходных по строению с плесневыми грибами и отличающихся от них отсутствием ядер в… … Энциклопедия лекарственных растений

актиномицеты — (Actinomycetales; актино + греч. mykes, myketos гриб; син. грибки лучистые) порядок микроорганизмов кл. Schizomycetes, объединяющий большую группу нитевидных ветвящихся грамположительных микроорганизмов, занимающих промежуточное положение между… … Большой медицинский словарь

https://cyberleninka.ru/article/n/pochvennye-aktinomitsety-kak-potentsialnye-biofungitsidy
https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/110923