Симбиоз с микроорганизмами — основа жизни растений - Фаня Юрьевна Гельцер

class="p1">Образование клубеньков на корнях небобовых растений изучала в нашей лаборатории О. И. Громыко. У ольхи и облепихи мы выделили из клубеньков эндофит и актиномицет, что подтверждает их тройной симбиоз — растение, эндофит, актиномицет. Для выяснения условий образования клубеньков на корнях ольхи и облепихи было поставлено два лабораторных стерильных опыта. В первом опыте стерильные семена проращивались в чашках Петри, в одну из которых добавляли 0,1 мл препарата ФБМ в концентрации 0,005%, что способствовало повышению всхожести семян. Пророщенные семена' пересаживали в цветочные горшки со смесью дерновой почвы и силикагеля в отношении 1:3, которые были предварительно простерилизованы в автоклаве I час при 1 ат (0,1 МПа) и промыты стерильной водой для удаления токсических веществ. Применение силикагеля обеспечило образование разветвленной корневой системы, необходимой для развития эндофитов. После 2,5 мес. роста растений их корни были отмыты. Как видно из рис.20, в варианте с ФБМ клубеньки образовались и у ольхи, и у облепихи, в контроле один маленький клубенек вырос только у облепихи.

Рис. 20. Клубеньки на корнях облепихи и ольхи в варианте с обработкой семян ФБМ (2,5 мес. роста)

Второй опыт с этими растениями поставлен был по более развернутой схеме. В качестве стимулятора, кроме ФБМ, использовались живые и убитые кипячением чистые культуры эндофитов, выделенные из клубеньков ольхи и облепихи.. В каждом сосуде росло по 3 растения. Через 3 мес. опыт был вскрыт. По внешнему виду лучшими оказались те растения,, семена которых обрабатывались ФБМ. Их листья были крупнее и более темного цвета, а на хорошо развитых корнях имелось по несколько крупных клубеньков. Меньше клубеньков небольшого размера образовалось на корнях растений в вариантах с обработкой семян живыми или убитыми при кипячении чистыми культурами родственных им эндофитов. На корнях контрольных растений клубеньков не удалось обнаружить, т. е. они были визуально немикотрофны.

Результаты двух опытов позволяют убедиться в том, что применяемые обычно приемы «заражения» стерильных семян различными грибами (а в данном случае даже специфическими для растений) оказывают более слабое стимулирующее влияние на развитие эндофитов из семян растений, чем гормональный препарат, обладающий высоким потенциалом действующего начала. В дальнейшем мы широко использовали ростовые препараты, изготовляемые из чистых культур сильно микотрофных растений для значительного повышения микотрофности любых культур.

Многие авторы (Bond, McConnell, 1956, Hewitt, Bond, 1961; Peuss, 1958 и др.), не располагая чистыми культурами эндофитов, применяли для заражения стерильных культур различных растений растертые клубеньки или отрезки корня нестерильных растений. Этим приемом нарушалась стерильность опытов, что способствовало развитию почвенных микроорганизмов, продукты метаболизма которых оказывали стимулирующее действие на развитие эндофитов из семян растений.

Все изложенные результаты опытов, посвященных вопросам происхождения эндофитов и проведенных с использованием метода стерильных культур, дают возможность прийти к выводу, что в стерильных опытах эндотрофная микориза не развивается в корнях растений не из–за уничтожения эндофитов при стерилизации среды, а в связи с общим отсутствием продуктов метаболизма, и в особенности ризосферных бактерий, стимулирующее действие которых необходимо как для образования разветвленной корневой системы, так и для перехода эндофитов семени из анабиотического состояния в активное.

Многие микроорганизмы в той или иной степени обладают способностью синтезировать гормональные вещества, оказывающие воздействие на развитие эндофитов из стерильного семени, что и послужило основанием для утверждения о «заражении» ими корней. Это мнение не потеряло своего значения и после того, как была доказана возможность «заражения» при использовании убитых кипячением грибов, которые благодаря термостабильности ростовых веществ сохраняли свое действие.

Мы неоднократно пытались установить рост чистых культур эндофитов в почве, внося их с добавлением крахмала, торфа, навоза и без удобрений, но каждый раз убеждались в невозможности роста грибов в почве из–за лизиса их мицелия в этих условиях. Эндофиты не растут в почве, а следовательно, не могут заражать корни растений. Эти грибы тысячелетиями приспосабливались к росту в организме растения, и их физиологические функции осуществляются обменными реакциями с растениями.

А. Г. Винтер (1963, с. 367), вопреки своему мнению о почвенной инфекции корней, писал: «Наши исследования не оставляют сомнений в том, что значительное развитие микоризообразующих грибов в почве исключено». Это положение противоречит данным некоторых авторов, которые непосредственно наблюдали внедрение грибов через корневые волоски. Однако Сивере (Sicvers, 1958), в своей работе подчеркивал, что, даже просмотрев огромное количество корней растений в нескольких странах, он никогда не наблюдал гиф грибов в корневых волосках.

Таким образом, мы опять стоим перед противоречивыми утверждениями, которыми так богата наука о микотрофизме растений. Преимущество авторов, свидетельствующих о наличии внедрений гиф через волоски, заключается в том, что они дают фотографии этого процесса, тогда как представители другой точки зрения не могут показать «отсутствие» внедрения.

Выводы

1. Затяжной характер, который приняло решение вопроса о происхождении эндофитов в корнях растений, определил задержку развития науки о симбиотрофном существовании растительного мира. Причиной указанных трудностей явилась необычная для многих микроорганизмов зависимость симбионтных грибов от гормональных воздействий, без которых они неспособны осуществить переход от семени, в котором грибы находятся в состоянии анабиоза, в корни растений. В процессе своей жизнедеятельности в корнях они сами синтезируют гормональные вещества, обеспечивая ими ростовые процессы растений.

2. Основным аргументом при доказательстве необходимости заражения корней растений эндофитами в почве было их отсутствие в корнях стерильно выращенных растений. Результаты многочисленных опытов, в которых стерильные семена заражались различными почвенными грибами, снабжавшими их гормональными веществами, необходимыми для прорастания в семенах прирожденного эндофита, создавали видимость правдоподобия утверждения о «заражении». Такое же действие оказывают на стерильное семя вытяжки из различных гименомицетов, ризосферных бактерий и гормональные препараты без участия живых грибов.

3. В природных условиях для перехода из семян в корни эндофиты снабжаются гормональными веществами, продуцируемыми эпифитными и ризосферными бактериями, которые обильно размножаются на поверхности семени в процессе его прорастания.

Установленное нами наличие эндофитов не только в корнях, по и в надземных частях растений, включая пыльцу, завязь и семя, подтверждает наличие «циклической наследственности» в передаче эндофитов. Это положение повышает генетическое значение грибного симбионта и свидетельствует о возможности его совершенствования из поколения в поколение и передачи в процессе установленного С. Г. Навашиным (1951) двойного оплодотворения. При вегетативном размножении культур переход эндофитов из клубней, луковиц и черенков заметно замедляется в связи с более слабым гормональным воздействием этих грибов.

4. Что касается микроскопических исследований, проведенных некоторыми авторами, визуально наблюдавшими процесс вторжения