8. Анаэробное разложение целлюлозы. Микроорганизмы, принимающие участие в этом процессе. Химизм и его значение в природе.

В анаэробных условиях целлюлозу расщепляют представители родов Bacteroides, Butyrivibrio, Clostridium, Fibrobacter, Thermoanaerobacter и Ruminococcus.

Разложение целлюлозы с помощью микроорганизмов проходит в несколько этапов.

Ферментная система, осуществляющая разложение целлюлозы до глюкозы, носит название целлюлазного комплекса. В его состав входят по меньшей мере три фермента: эндо-β1,4-глюканаза, экзо-β-1,4-глюканаза и β-глюкозидаза.

При анаэробном распаде целлюлозы первоначальный продукт ее гидролиза – глюкоза подвергается сбраживанию, в результате чего образуются различные органические кислоты (уксусная, молочная, муравьиная, масляная, янтарная), этанол, СО2, Н2. Состав продуктов брожения отличается у разных видов микроорганизмов. Примером анаэробного сбраживания целлюлозы являются микробиологические процессы, которые осуществляются в рубце жвачных животных.

Анаэробное сбраживание целлюлозы в рубце жвачных животных

В рубце содержится большое количество микроорганизмов. В состав микробиоты рубца входят строго анаэробные бактерии (10^10 – 10^11 клеток / г ) и анаэробные инфузории, относящиеся к родам Diplodinium и Entodinium (10^4 – 10^6 клеток / г). В разложении полимеров в некоторой степени частично участвуют анаэробные грибы (10^2 – 10^4 зооспор / г). Среди прокариот рубца идентифицировано более 200 видов, принадлежащих к целлюлозолитическим, пектолитическим, молочнокислым, маслянокислым, пропионовокислым и метаногенным бактериям.

Общий состав микробиоты рубца довольно стабилен и разнообразен; ни один вид микроорганизмов не составляет более 3 % общей численности микробных клеток. Микроорганизмы рубца расщепляют целлюлозу и другие сложные углеводы, присутствующие в поглощенном животном корме, образуя жирные кислоты и газы.

9. Применение микроорганизмов-антагонистов и антибиотических веществ для защиты растений от болезней и их профилактика. Использование микробных биопрепаратов для борьбы с насекомыми-вредителями с/х культур.

Известно, что болезни растений распространены широко и причиняют существенный вред сельскому хозяйству. Для борьбы с ними используют химические средства, а также более безопасные для окружающей среды биологические методы.

Освобождению почвы от фитопатогенных организмов способствует усиление размножения в ней микробов-антагонистов по отношению к возбудителям тех или иных заболеваний. Например, после посева люцерны почва очищается от возбудителя вертициллезного вилта хлопчатника (VerUcUlium dahliae). Очевидно, это объясняется не только тем, что корневая система люцерны выделяет в почву алкалоиды, угнетающие многие микроорганизмы, но и тем, что она стимулирует размножение в почве антагонистов возбудителя вертициллеза. Подобными свойствами обладают и растения рапса, промежуточная культура которого может быть использована на юге между посевами других культур.

Возделывание некоторых растений, например клевера и вики, способствует освобождению почвы от возбудителя сибирской язвы Bacillus anthracis: житняк, картофель, наоборот, благоприятствуют размножению этой бактерии. Таким образом, в принципе возможна борьба с болезнетворными микробами почвы путем введения в севооборот тех или иных растений. Однако для широкого практического применения этого приема необходима его экспериментальная доработка.

Внимание микробиологов привлекает использование микробов-антагонистов для лечения растений. На грибах-паразитах нередко паразитируют другие грибы, так называемые грибы-паразиты второго порядка. Так, на мучнисторосяных грибах паразитирует пикнидиальный гриб Cicinnobolus cesati; на возбудителе бурой ржавчины пшеницы Puccinia triticina — также пикнидиальный гриб Dar- luca /Пит. Эксперименты с грибами-паразитами второго порядка, которых наносили в виде водных суспензий на поверхность растений в профилактических целях или при борьбе с заболеваниями, дали обнадеживающие результаты. Однако для профилактических целей перечисленные микроорганизмы пока не применяют.

Хороший эффект дают культуры микробов-антагонистов при обработке семян, зараженных фитопатогенами, или при внесении на поверхность вегетирующих растений, а также в зараженную почву. Микроб-антагонист, уничтожая вредителя, не причиняет вреда растению-хозяину. Микробы-антагонисты угнетают фитопаразитов не только в зоне корня. Вырабатываемые ими антибиотики проникают в ткани растений, повышая их устойчивость к возбудителям болезней.

Я. /7. Худяков (1935) выделил бактерии рода Pseudomonas, лизирующие мицелий фитопатогенных грибов Sc/erotinia и Botry'tis. Этих микробов-антагонистов успешно использовали в полевых опытах для борьбы с фузариозом пшеницы, льна и т. д. Культурой Pseudomonas бактеризовали семена растений. Оздоровлению сеянцев и саженцев сосны способствовало применение Н. Л. Красильниковым миколитических бактерий для борьбы с фузариозом. Как уже было отмечено, культура Azotobacter chroococcum предупреждает заболевания сельскохозяйственных растений, вызываемые рядом грибов, например Alternaria.

Успешно бороться с мучнистой росой крыжовника, вызываемой грибом Sphaerotheca morsuvae, позволяет опрыскивание растений настоем навоза. Это стимулирует размножение микроорганизмов на поверхности растения. В составе эпифитной микрофлоры находятся бактерии-антагонисты, которые после такого опрыскивания начинают размножаться.

Микробов-антагонистов, вероятно, можно использовать не только против возбудителей болезней растений, но и против растений-паразитов культурных растений. Так, положительные результаты были получены при борьбе с заразихой арбуза (Orobanche aegipty- аса)¹ с использованием патогенного для заразихи гриба Fusarium orobanches. Чистая культура указанного гриба, размноженная на питательном субстрате (кукурузная мука и г. д.), предложена для практического применения.

Не исключена возможность подбора микробных культур, действующих как гербициды на определенные группы сорных растений.

Культуры некоторых грибов-антагонистов применяют в борьбе с почвенной инфекцией. Установлено, что грибы рода Trichoder- та выделяют токсичные вещества, поражающие микробов-фитопаразитов. При внесении в почву культуры Trichoderma lignorum существенно уменьшается увядание хлопчатника, пораженного Verticillium albo-atrum, снижаются грибные заболевания картофеля и других сельскохозяйственных культур. Вносят культуру указанного гриба в почву при посеве растений. На основе культуры Trichoderma //- gnorum готовят препарат триходермин.

Кратко остановимся на технике использования микробов-антагонистов. Для обеззараживания семена опрыскивают культурой микроорганизмов, разведенной в воде. Стерилизуется не только поверхность семени, но и зона корня, куда переходят микроорганизмы и начинают там размножаться. При высадке рассады и саженцев их корни смачивают взвесью в воде соответствующих микробов-антагонистов. Водную взвесь микробов можно использовать и для опрыскивания надземных частей поврежденных растений, а также для профилактических целей.

Препараты для борьбы с почвенной инфекцией типа триходермина вносят в почву при посеве. Однако пока микробы-антагонисты систематического применения в сельском хозяйстве не получили.

Широко используют микробиологический метод борьбы с фызунами — домашними мышами, полевками, крысами. Известно несколько культур микроорганизмов, вызывающих у грызунов кишечные заболевания, напоминающие брюшной тиф. Для человека и домашних животных данные микроорганизмы безопасны.

Впервые бактерию мышиного тифа — Bacterium typhimurium — выделил в 1892 г. в Германии Ф. Леффлер. Позднее С. С. Мережковский, Б. Л. Исаченко и другие ученые обнаружили ряд близких форм микроорганизмов. Эти бактерии относятся к роду Salmonella (семейство Enterobacteriaceae), они патогенны для человека и животных.