Какую пользу могут получать растения от бактерий
Наука биология, изучающая жизнь на Земле, не прекращает удивлять своих адептов. Она все детальнее раскрывает сложные структурные уровни взаимоотношений разных проявлений жизни друг с другом и с окружающей средой. Одним из многообещающих направлений в понимании того, какую роль играют прокариоты (бактерии) в жизни макроорганизмов, является изучение присутствия бактерий в клеточной жизни растений.
Установление присутствия
Несмотря на почтенный возраст самой науки биологии, микробиологи только в конце 19-го века смогли выявить некоторые характеристики совместной жизни бактерий и растений. Лишь затем, с появлением электронных микроскопов, были установлены механизмы тех связей, существование которых только констатировалось при изучении организмов более примитивными инструментами.
Сегодня биология имеет сведения о следующих видах взаимодействия бактерий и растений:
- мутуализм (роль, которая отведена бактериям и растениям в этом взаимовыгодном симбиозе – помогать друг другу);
- паразитизм (значение и роль симбионтов в таком союзе негативная: симбионт-паразит вредит симбионту-хозяину; в подавляющем большинстве известных случаев паразитами являются бактерии);
- комменсализм (бактерии или грибы получают питание от хозяина-растения, при этом самому хозяину в результате такого питания ущерб не причиняется).
Подробнее можно увидеть классификацию в таблице.
Кроме разделения по характеру полезности, симбиозы растений с прокариотами могут находиться вне клеток растений (экзосимбиозы) или с поражением эукариотических растительных клеток (эндосимбиозы).
Мутуализм
Первые описания мутуализма биология получила в результате исследований голландского ботаника Бейеринка, проведенных в 1888 году. Он изучал клубеньки бобовых растений, природой которых биология интересовалась, начиная с 17-го века. В процессе изучения брались стерильные семена бобовых растений и проращивались в контролируемых условиях. Одни семена в процессе жизни обрабатывались чистыми культурами бактерий (специально разведенными в лабораторных условиях штаммами), выделенных из клубеньков, другие – не обрабатывались.
В результате эксперимента обработанные жидкостью с содержанием бактерий бобовые имели на своих корнях характерные клубеньки, а необработанные – не имели. Так было установлено, что присутствие бактерий имеет значение в формировании и жизни корневой системы бобовых.
Польза симбиоза устанавливалась гораздо дольше, и на сегодняшний день биология имеет следующее описание процесса этого полезного взаимодействия:
- У каждого вида бобовых растений есть свои персональные бактерии-симбионты (у клевера – свои, у гороха – свои, у бобов – свои). Такая персонификация имеет значение при взаимодействии белков (лектинов) корневых волосков растения с углеводами клеточной мембраны бактерий. Белки каждого вида бобовых имеют свои отличительные особенности. Именно поэтому требуются разные углеводы в бактериальных клеточных мембранах для успешной совместной жизни.
- В процессе прорастания семян растений, в ризосфере (область почвы возле корней) накапливаются органические питательные вещества, которые выделяют корни в грунт в процессе своего роста. Привлеченные этой органикой бактерии взаимодействуют с корневыми волосками растений и через них проникают в эукариотические клетки корней бобовых.
- С момента проникновения бактерий в ткани корня, в корневых клетках начинают вырабатываться особые белки – флавоноиды (учеными определена главенствующая роль флавоноидов в формировании окраски растений). В ответ на увеличение количества флавоноидов бактерия начинает вырабатывать белки, отвечающие за согласованность действий бактериальной клетки и корневой клетки.
- Действуя согласованно, прокариотические и эукариотические клетки образуют в полости корня бобового трубку, в которой и разрастается бактериальная колония.
- В процесс симбиоза бактерии избавляют эукариотические клетки от избытка кислорода и фиксируют азот из атмосферы в клубеньках корневой системы. Атмосферный азот фиксируется только в этих симбиотических образованиях за счет синтеза в них защитного белка – леггемоглобина.
Большую роль такая совместная жизнь играет в сельском хозяйстве как единственный природный способ обогатить сельхозугодия азотом.
В полезном сотрудничестве с растениями задействованы не только бактерии, но и эукариоты – грибы. Причем механизм взаимодействия очень похож. Грибы в процессе жизни образовывают в корнях растений мицелий (грибницу), которая играет активную роль в обеспечении и растения и грибов фосфором и органикой из почвы. Такой симбиоз грибов и растений называется микориза.
Паразитизм
Биология знает виды организмов, ведущих паразитический образ жизни в таких царствах, как царство грибов, царство растений, царство животных и, конечно же, царство бактерий.
Паразит использует хозяина как источник пищи, тем самым причиняя ему серьезный вред, вплоть до летального исхода. Процессы, которые сопровождают взаимодействие паразита с хозяином, называется патогенным. Степень опасности этих процессов для организма хозяина обозначается словом вирулентность (она бывает высокая, средняя и низкая) и зависит от количества бактерий-патогенов, способных вызвать опасность для жизни организма-хозяина. Чем их меньше, тем вирулентность выше.
В установлении взаимодействия бактерий-фитопаразитов с клетками растений основную роль играют два фактора:
- адгезия (специфические свойства бактерий, позволяющие прилипать к клеткам растений);
- действие ферментов гидролаз (белков, ускоряющий химические реакции), которые разрушают стенки эукариотических клеток.
Этими двумя свойствами обладают паразиты, живущие не только за счет растений, но и за счет грибов и животных.
По воздействию на организмы хозяев, как растений, так и животных, и грибов, деятельность бактерий-паразитов характеризуется выработкой токсинов (ядов). Бактерии могут продуцировать токсины в окружающую среду (экзотоксины) или накапливать яды внутри своей клетки, отравляя организм хозяина только после своей смерти.
Биология дала материал для изучения токсинов, влияющих на жизнь и здоровье растений. В биологии известно влияние бактериальных токсинов на растения. Они вызывают:
- увядание в результате закупорки проводящих сосудов;
- разрушение ткани (гниль);
- некрозы (порча листьев);
- опухоли (гипертрофии) в результате неправильного формирования тканей растения.
Комменсализм
Биология знает достаточно примеров комменсализма. В основном это использование организмами-комменсалами поверхностей других организмов для укрытия либо для перемещения в пространстве. При комменсализме одному участнику такие взаимоотношения выгодны, а другому – безразличны.
Широко в природе распространены комменсалы-грибы. В основном грибы сотрудничают с насекомыми, которые имеют возможность разнести на своих конечностях грибные споры. Также известны грибы, которые выступают в качестве стороны, создающей условия для успешного существования организма-комменсала. Так, грибы, разрушающие древесину, создают условия (труху) для развития личинок некоторых видов насекомых.
Взаимодействие растений и бактерий не очень богато случаями комменсализма. Даже если они и происходят, то носят эпизодический характер и не являются стратегией выживания.
Работаю врачом ветеринарной медицины. Увлекаюсь бальными танцами, спортом и йогой. В приоритет ставлю личностное развитие и освоение духовных практик. Любимые темы: ветеринария, биология, строительство, ремонт, путешествия. Табу: юриспруденция, политика, IT-технологии и компьютерные игры.
Какие бактерии помогают повысить плодородие почвы?
И одним из этих факторов является почвенная биота — все то огромное количество бактерий, грибов, водорослей, играющих роли лаборантов, реактивов и катализаторов в потрясающей природной лаборатории. Их численность в хорошо окультуренной почве может достигать нескольких миллиардов в 1 г субстрата, а общая масса — до 10 т/га.
Практическим результатом исследований и научных работ в области почвенной микробиологии становится направленное функционирование микроорганизмов для повышения почвенного плодородия. Под микроорганизмами мы часто подразумеваем бактерии, хотя грибы и низшие растения также несут на себе очень важную роль в обеспечении биологической активности почвы. Какие же полезные бактерии чаще всего становятся объектами пристального внимания ученых, разработчиков и технологов? Познакомимся с ними поближе.
Познакомимся с полезными почвенными бактериями поближе
Защищает растения от многих болезней
Bacillus subtilis — удивительная бактерия. Многие сталкивались с ее другим названием — сенная палочка. Именно ее создатель теории панспермии Фрэнсис Крик пророчил в «семена жизни» из-за очень устойчивых спор. Эту бактерию можно встретить в воде, воздухе и почве. Она необыкновенно способна к адаптации в меняющихся условиях. Данная особенность получила объяснение, когда ученые расшифровали геном B. subtilis. Во время исследований был обнаружен большой набор транспортных белков, свидетельствующих о гибкости взаимодействия этой бактерии с окружающей средой.
Эта полезная бактерия — настоящая труженица, она способна синтезировать более 70 антибиотиков. Действие многих из них направлено против возбудителей опасных болезней растений. Поэтому B. subtilis охотно используют в качестве основного компонента микробиологических препаратов для обработки садовых растений.
Сенная палочка входит в состав многих микробиологических препаратов, применяемых против болезней растений
Здесь надо отметить, что разные штаммы этой бактерии работают с различной эффективностью при, казалось бы, одинаковых условиях. И наоборот, один и тот же штамм при отличающихся друг от друга условиях может с большим или меньшим успехом бороться с растительной инфекцией. Вот почему разработчики препаратов указывают определенный регламент их применения. Он может сильно различаться у препаратов отдельных производителей, хотя в основе каждого из них лежит все та же Bacillus subtilis.
В последнее время в самых современных препаратах используют отдельные элементы B. subtilis в качестве так называемых элиситоров — веществ, способных вызвать иммунный отклик у растений. После обработки такими препаратами растение готово к встрече с настоящим патогеном, то есть приобретает определенную устойчивость.
Несмотря на свою популярность среди ученых и растениеводов, B. subtilis еще не открыла людям всех своих возможностей. Поэтому исследования ее самой и биологически активных веществ, которые она образует за время своей жизни, продолжаются до сих пор.
Подавляют фитопатогены и стимулируют рост
Среди бактерий рода Pseudomonas есть вредные микроорганизмы, которые вызывают серьезные заболевания растений. Однако есть у этого рода и полезные для нас представители — это сапротрофные бактерии, заселяющие в почве прикорневую зону и являющиеся естественными регуляторами фитопатогенных микроорганизмов. К ним относятся Pseudomonas fluorescens, Pseudomonas putida, Pseudomonas aureofaciens.
Сапротрофные бактерии заселяют прикорневую зону
Pseudomonas fluorescens вырабатывают антибиотики и бактериоцины. Бактериоцинами называются специфические белки, подавляющие жизнедеятельность клеток других штаммов того же вида или родственных видов бактерий. Поэтому P. fluorescens используют для борьбы с патогенными бактериями рода Pseudomonas, а также другими возбудителями заболеваний.
P. fluorescens также вырабатывают стимуляторы роста. Именно благодаря наличию в корневой зоне растений этих бактерий в нейтральных или слабощелочных почвах идут процессы подавления или вытеснения вредных микроорганизмов, способных вызывать болезни растений. Ученые называют такие почвы обладающими супрессивностью.
Новый отечественный биопрепарат «Атлант» поможет вашим растениям быть сильными и здоровыми, а вам — наслаждаться полезным экологически чистым урожаем.
Использование биопрепарата «Атлант» способствует формированию правильного биоценоза микроорганизмов в корневой и прикорневой зоне растения; угнетению фитопатогенов и вытеснению патогенной микрофлоры; повышению плодородия почвы, обогащению ее азотом и фосфором; предотвращению листовых и стеблевых заболеваний; образованию биохимических соединений, стимулирующих собственный иммунитет растений; значительному увеличению урожая. Препарат производится в двух видах.
«Атлант. Здоровье растений и почвы» представляет собой сухой порошок, которым опудривают посадочный материал и семена перед посевом; также его вносят в грунт перед посадкой с дальнейшим заделыванием в почву.
«Атлант. Питание и рост» — это порошок для приготовления водного раствора, который применяют для замачивания посадочного материала перед посадкой, а также для корневой подкормки (полива) рассады и растений в период вегетации.
«Атлант» — сила растений и ваше здоровье!
Избавляет растения от стресса, обогащает азотом и способствует самоочищению почв
Azotobacter chroococcum впервые была описана в 1901 году. Эта бактерия — свободноживущий азотфиксатор. Нет азота — нет белка, нет хлорофилла; собственно, нет растений. Кроме того, A. chroococcum синтезирует различные фитогормоны, в том числе ауксины, соответственно — является природным производителем стимуляторов роста растений.
Выделяет A. chroococcum и экзополисахариды. Эти интереснейшие вещества выполняют много функций. Одна из них — способность мобилизации тяжелых металлов в почве. Наличие этой бактерии в почвенном слое способствует самоочищению земли, загрязненной тяжелыми металлами — кадмием, ртутью, свинцом. Надо отметить, что способность к самоочищению является одним из двух показателей здоровой почвы (второй такой показатель — уже упомянутая нами супрессивность).
Удобрения, содержащие Azotobacter chroococum, помогают растениям справиться со стрессом
Также экзополисахариды в значительной степени влияют на возможность растений восстанавливаться после стрессов — негативных природных явлений, химических ожогов и т.д. Неудивительно, что A. chroococcum применяется не только в качестве одной из основных составляющих микробиологических удобрений (активаторов), но и как часть инновационных антистрессовых программ, разработанных для поддержки и восстановления растений после гербицидных ожогов, заморозков, повреждения градом и т.д.
Мобилизует фосфор и делает его доступным
Обмен веществ в растениях в значительной степени зависит от фосфора. При его недостатке азот не включается в состав белков и нуклеиновых кислот (носителей генетической информации) растений, а накапливается в виде нитритов и нитратов. У природы есть свои способы предотвращать подобные негативные последствия, а именно наличие в почве бактерий-фосформобилизаторов. Яркой представительницей этой группы считается Bacillus megaterium. Она высвобождает фосфор из органики и преобразует его в растворимые соли фосфорной кислоты. Очевидно, что Bacillus megaterium играет важную роль в синергетическом взаимодействии органических и микробиологических удобрений.
Если фосфор будет усваиваться растениями в необходимом количестве, то в плодах не будут копиться нитриты и нитраты
Bacillus megaterium вырабатывает ряд биологически активных веществ, среди которых особое место занимают витамины В1, В3, В5, В6, В7, В12. Поэтому B. megaterium зачастую включают в микробиологические удобрения, которыми обрабатывают семена, они благоприятно действуют на первых этапах развития растений.
Стимулирует развитие полезной микробной флоры
Еще одна бактерия известна своей полезной деятельностью человечеству с незапамятных времен. Не зная вообще о существовании таких микроскопических существ, как бактерии, люди вовсю пользовались результатами труда Lactococcus lactis. Это наиболее типичный представитель молочнокислых бактерий. С его помощью осуществляется приготовление теста, какао, некоторых молочных продуктов, заготовка овощных консервов и даже силоса для домашних животных.
А в природе L. lactis стимулирует развитие естественной микробной флоры. Включаемая в состав микробиологических препаратов, бактерия играет важную роль — помогает добрососедским отношениям остальных микроорганизмов, входящих в их состав.
Lactococcus lactis стимулирует развитие естественной микробной флоры в почве
Выводы о пользе бактерий
К сожалению, невозможно в формате одной статьи упомянуть все микроорганизмы, которые выполняют важнейшие функции, необходимые для нормального существования почвы и растений. Давайте резюмируем, для чего вообще нужны почве и растениям полезные бактерии.
- Полезные бактерии участвуют во множестве химических реакций и процессов, происходящих в почве, повышая ее биологическую активность.
- В процессе жизнедеятельности они участвуют в гумусообразовании, то есть в создании органического вещества.
- Делают почву здоровой, позволяют ей контролировать численность фитопатогенных микроорганизмов и самоочищаться от вредных примесей.
- Налаживают сбалансированное питание растений, обеспечивают их доступными формами макроэлементов.
- Защищают и стимулируют растения на стадии проростков.
- Стимулируют корнеобразование растений и защищают корневую систему от болезнетворных бактерий и грибов.
- Повышают устойчивость растений к болезням и неблагоприятным факторам окружающей среды.
О том, как важно вовремя подкармливать растения, знают, пожалуй, все огородники. Но всегда ли для получения обильного урожая нужно идти на риск, делая выбор в пользу, казалось бы, эффективных, но сомнительно безопасных химических удобрений?
Микробиологические удобрения – это экологически безопасные препараты, в состав которых входят так называемые “живые” бактерии. Эти микроорганизмы эффективно улучшают плодородие почвы и вырабатывают биологически активные вещества, необходимые для полноценного развития растений.
Именно к таким удобрениям относится биопрепарат “Экомик урожайный” от компании “Биотехсоюз”.
Способ 1. Обработка семян перед посадкой на рассаду
Если вы купили семена без пометок “дражированные” или “инкрустированные”, значит, обработать посевной материал придется самостоятельно. Чтобы обеззаразить семена, можно использовать разные методы: проращивание, прогревание, замачивание в воде. Но эффективнее всего – применение стимулирующих препаратов.
К 200 мл теплой воды добавьте 5 капель препарата “Экомик урожайный” и поместите семена в раствор на 30 минут. Комплекс полезных веществ, содержащихся в препарате, ускоряет прорастание и повышает иммунитет растения к вирусным, бактериальным и грибковым болезням. К тому же, этот препарат очень экономичен в использовании и быстро действует, благодаря чему время замачивания семян существенно сокращается.
Способ 2. Обработка рассады и комнатных растений
Чтобы обработать рассаду, растворите 10 мл препарата “Экомик урожайный” в 10 л воды и опрыскивайте сеянцы при помощи пульверизатора каждые 2-3 недели. На 8-9-й день после высадки рассады в открытый грунт возобновите опрыскивание в том же режиме.
Для приготовления раствора биопрепарата используют исключительно теплую (25°С) обесхлоренную (отстоянную) воду, потому что хлор крайне негативно воздействует на микрофлору.
Комнатные цветы обрабатывают таким же раствором препарата с интервалом 1-2 недели. В период цветения опрыскивания прекращают.
Способ 3. Обработка почвы
Весной, за неделю до высадки растений, и осенью, после сбора урожая, почву обрабатывают биопрепаратом “Экомик урожайный”. В 10 л теплой воды растворяют 100 мл препарата и поливают почву из расчета 3 л на 1 кв.м. В теплице применяют раствор такой же концентрации, но расходуют уже 1 л на 1 кв.м, при этом опрыскивая и стены с потолком.
После обработки землю нужно обязательно подрыхлить, чтобы почва насытилась кислородом, а препарат лучше распределился в ней.
Ферменты и микроорганизмы, входящие в состав биопрепарата, положительно влияют на структуру почвы, увеличивая ее водо- и воздухопроницаемость на глубину до 80 см (!). Кисломолочные бактерии обеззараживают почву, снижая риск распространения болезней. Активные биологические процессы, происходящие под воздействием препарата, отпугивают вредителей. Также обработка “Экомиком урожайным” ускоряет образование гумуса – питательного слоя почвы.
Способ 4. Корневая и внекорневая подкормка растений
Для обеспечения полноценного питания, необходимого для нормального развития растения, нужно проводить систематические подкормки.
Чтобы обезопасить себя от вредного воздействия химических удобрений, сделайте выбор в пользу безвредного биопрепарата, который не только содержит комплекс полезных элементов, но при этом в его состав входят живые бактерии, полезные ферменты и биологически активные вещества.
Для внекорневой и корневой подкормки приготовьте раствор из расчета 10 мл препарата “Экомик урожайный” на 10 л воды. Обрабатывайте растения 1-2 раза в месяц со следующими нормами расхода:
- 2-3 л на 1 кв.м грядки;
- 5-10 л на 1 куст;
- 10-20 л на 1 дерево.
Во время корневой подкормки активные вещества, попадая в почву, ускоряют процесс разложения органики, делая питательные элементы более доступными для растения, также выделяют газы, отпугивающие вредителей, и поглощают излишки азота, препятствуя накоплению в плодах нитратов.
Внекорневая подкормка активизирует защитные механизмы растений, обеспечивает их дополнительным питанием и поддерживает здоровье микрофлоры листьев.
Способ 5. Приготовление компоста
“Экомик урожайный” поможет приготовить быстрый компост для хорошего урожая. Для этого сложите рыхлыми слоями кухонные отходы, опавшие листья, ботву с грядок и т.д., измельчая крупные компоненты и пересыпая слои почвой. Каждый слой (20-30 см) пролейте раствором препарата из расчета 5 л на 1 кв.м.
Для приготовления раствора 100 мл биопрепарата “Экомик урожайный” надо растворить в 10 л теплой воды.
Компостируемую массу накройте пленкой и оставьте на 1,5-3 месяца. Кислород в такой рыхлой куче ускорит разложение органических веществ, и вскоре вы получите прекрасный источник питательных веществ и полезной микрофлоры для подкормки растений.
Что собой представляет биопрепарат “Экомик урожайный”
“Экомик урожайный” – универсальный микробиологический препарат, повышающий плодородие почвы. Это незаменимый помощник в выращивании экологически чистой продукции.
Применение биопрепарата улучшает структуру почвенной биоты, способствует угнетению фитопатогенов, защищает растения от заболеваний. Также “Экомик урожайный” стимулирует процесс самоочищения почвы от пестицидов. Уже за 1-2 вегетационных сезона вы сможете практически полностью отказаться от химических удобрений и средств защиты растений, а также вернете почве естественное плодородие.
Почвенная биота – это совокупность живых организмов, населяющих почву и оказывающих на нее прямое или косвенное воздействие (микроорганизмы, грибы, беспозвоночные и мелкие позвоночные животные и т.д.).
В состав биопрепарата входят живые бактерии двух родов: Бациллы (Bacillus) и Лактобациллы (Lactobacillus).
- Бациллы – это аэробные микроорганизмы (т.е. для роста и жизнедеятельности им нужен кислород). Попадая в почву, они начинают размножаться и активно выделять вещества, стимулирующие рост растений и их природный иммунитет (устойчивость к болезням).
- Лактобациллы – анаэробные бактерии, действующие в более глубоких слоях почвы. Эти микроорганизмы доставляют растениям необходимые элементы, а также производят вещества, подавляющие развитие болезней.
Кроме полезных бактерий в биопрепарате “Экомик урожайный” содержатся биологические активные вещества и комплекс ферментов. Их действие направлено на расщепление клетчатки, целлюлозы и гумуса почвы, превращению сложных органических веществ в простые соединения, более доступные для усваивания растениями. Это благоприятно сказывается на их развитии: растения получают больше питательных веществ, быстрее вырастают и начинают плодоносить.
Сферы применения биопрепарата “Экомик урожайный”:
- выращивание овощных культур (в закрытом и открытом грунте);
- выращивание плодово-ягодных растений;
- выращивание цветочно-декоративных растений;
- повышение плодородия и очищение почвы;
- приготовление компоста.
Биопрепарат “Экомик урожайный” представляет собой жидкость, выпускаемую во флаконах емкостью 0,5 и 1 л. Применение этого препарата экономично, поскольку исходный препарат используется в очень больших разведениях 1:1000-1:2000., т.е. из 1 л препарата вы можете получить до 2 тонн готового раствора для обработки ваших растений.
Благодаря универсальности и широкому спектру действия “Экомик урожайный”способен заменить сразу несколько препаратов. Он не содержит ГМО и вредных добавок, поэтому его рекомендуют для органического земледелия и получения экологически чистых продуктов. Если вы хотите выращивать здоровый и богатый урожай, выбирайте биопрепарат от компании “Биотехсоюз”.