Симбиоз с микроорганизмами — основа жизни растений - Фаня Юрьевна Гельцер

Рис. 18. Корни кукурузы, выращенной в различных средах: в водной культуре (1), песке (2), силнкагеле (3), в почве (4)

Плохие свойства указанных питательных сред заставляли исследователей применять для стерильных культур смешанные среды, в которых почва в 2-3 раза разбавлялась песком, что несколько улучшало физические свойства среды и уменьшало концентрацию токсических веществ почвы после ее стерилизации.

В поисках наиболее пригодных для наших опытов стерильных сред был испытан заводской гранулированный силикагель марки ШСК (шихта силикагель крупнопористый). Хорошие физические условия среды определяются структурой силикагеля, а его высокая поглотительная способность имитирует поглощающий комплекс почвы. Стерилизация силикагеля не меняет его свойств.

После длительной очистки силикагеля от поглощенного водорода и хлора в него добавлялись питательные вещества. Лучший рост растений наблюдался при небольшом слое силикагеля — 13-15 см. При более высоком его слое не обеспечивалась равномерная влажность и избыток воды скапливался на дне колбы. Небольшие растения удобно выращивать в широкогорлых конических колбах на 0,5 л. Состав питательной среды можно менять в зависимости от цели опыта.

Создание небольшой прослойки силикагеля в верхней части вегетационного сосуда, заполненного 6 кг дерново–подзолистой неплодородной почвы, способствовало значительному развитию корневой системы растений и повышению ее микотрофности. В опыте, проведенном Н. Г. Коваль, в каждый сосуд вносилось по 400 г. смеси низового торфа с перегноем, по 2 г СаС03 и 1 г К3РО4. В сосудах опытного варианта создавались 2-сантиметровые прослойки силикагеля, в контроле они отсутствовали. Повторность 3-кратная.

Как видно из табл.2, урожаи зерна яровой пшеницы сорта Краснозерная в опытном варианте были на 45% выше, чем в контроле.

Таблица 2 Урожай зерна пшеницы (г/сосуд) в опыте с прослойкой силикагеля

В корнях контрольных растений эндофиты были слабо развиты с оценкой в 1 балл, нередко наблюдались гифы и единично встречались небольшие везикулы. В опытном варианте микотрофность корней достигла небывалых для яровой пшеницы размеров. Она была оценена в 5 баллов. Многочисленные гифы гриба встречались на всей протяженности тонких корней, а количество крупных везикул достигало 20-40 шт. во многих полях зрения микроскопа. Хорошо просматривалось зернистое содержимое везикул с жировыми включениями. Полученные результаты позволили высоко оценить значение силикагеля, обеспечившего развитие мелкой корневой системы растений (рис. 19).

Рис. 19. Корни яровой пшеницы, выращенной в сосудах с прослойкой силикагеля (1) и в контроле (2).

В небольшие цветочные горшки с силикагелем были высеяны стерильные семена проса Саратовское 853. В контроле семена опрыскивали водой, в опытном варианте — фитобактерномицином (ФБМ) в разведении 5 мг на 100 мл. Через 2 мес. растения в опытном варианте оказались на 7 см выше контрольных. Корневая система у последних была хорошо развита и мало отличалась от нормальной корневой системы проса. В эндофитах корней были установлены круглые и продолговатые везикулы. Корни растений опытного варианта заметно превосходили контроль по своим размерам, а также по числу везикул.

До применения силикагеля мы не наблюдали появления эндофитов в корнях стерильно выращенных растений при отсутствии гормональных веществ в питательной среде или на семенах. Хорошее развитие мочковатой корневой системы в силикагеле обеспечило образование эндофитов в тонких корешках и без применения стимуляторов, что раскрывает сущность действия последних, которая сводится к изменению строения корневых систем. В многочисленных опытах со стимулирующими веществами при положительном их действии всегда наблюдалось лучшее развитие корневых систем по сравнению с контролем. Увеличение роста и продуктивности растений под влиянием ростовых препаратов является следствием более развитой и более микотрофной корневой системы? которая определяет питательный режим и способствует усилению физиологических процессов.

Слабое влияние Берлингтона на продуктивность сельскохозяйственных культур связано с несоответствием замедленного роста корневых систем, что определяется действием этого препарата, и усиленного роста надземной части растений в результате увеличения растянутости клеток стебля и листьев. Вполне закономерно предположить, что гиббереллин не выполняет функций, свойственных гормональным препаратам, так как его продуцент происходит из семейства Fusarium, в котором много патогенных видов. Наросты на рисе, привлекшие внимания исследователей, оказались связанными с патогенным явлением, а не со стимуляцией самого растения.

Приведем результаты еще нескольких опытов, показавшие влияние различных питательных сред на формирование корневых систем растений и степень их микотрофности. Стерильные семена яровой пшеницы проращивались и укреплялись на парафинированной сетке над широкими стерильными пробирками, заполненными водой, песком и силикагелем. Количество питательной среды во всех случаях было одинаковым. В каждом варианте имелись пробирки, в которых семена обрабатывались водой (контроль) и ФБМ. После 30 дней роста проводилась оценка степени развития эндофитов в корнях. Уже по своему виду последние резко различались по вариантам. В воде пшеница образовала прямые толстые корни с редкими разветвлениями второго порядка, тогда как в силикагеле они гофрированы, объемны и имели ответвления второго и третьего порядков. Корни из песчаной среды по своему габитусу занимали промежуточное положение, приближаясь к корням пшеницы, выросшим в водной среде. Во всех вариантах корни из семян, опрыснутых ФБМ, были развиты лучше, чем контрольные.

Изучение эндофитов в корнях проводилось по отдельным отрезкам, начиная от ближайших к семени и далее до конца. Наиболее микотрофными были корни пшеницы из силикагеля, в клетках которых имелись септированные гифы, арбускулы и много клеток с продуктами грибного синтеза, окрашенными анилин–бляу в фиолетовый цвет. Особенно часто такие образования встречались в отрезках корня, прилегающих к семени. Корни пшеницы, росшей на песке, оказались слабо микотрофными, и в них изредка встречались небольшие отрезки гиф эндофитов. Корни из водной культуры были визуально немнкотрофны. Применение гормонального препарата ФБМ заметно усилило микотрофность корней в силикагеле и песке.

В результате многократного повторения опытов с другими культурами установлено, что в стерильных условиях роста источником заражения корней эндофитами является семя,, для активации которого нужно гормональное воздействие,, способствующее как пробуждению эндофита из состояния анабиоза, так и образованию разветвленной корневой системы растений, благоприятной для развития симбионтных грибов. В природных условиях эту роль продуцентов гормонов выполняют всегда сопутствующие семени эпифитные и ризосферные бактерии.