Симбиоз с микроорганизмами — основа жизни растений - Фаня Юрьевна Гельцер

рассмотреть основные проблемы взаимодействия между растениями и симбионтнымн грибами, разработка которых в дальнейшем должна получить свое развитие в биохимических институтах, оснащенных современной аппаратурой, с использованием методов исследования продуктов синтеза эндофитов. Наша задача заключается только в том, чтобы доказать правильность утверждения о значительном участии эндофитов в синтетической деятельности растении, которым до сих пор неправильно приписывается автотрофность существования. Только некоторые физиологи отмечают зависимость основного процесса растений — фотосинтеза — от ростовых веществ, происхождение которых еще до недавнего времени не было известно. Так, Н. Г. Холодный и А. Г. Горбовский (1939) установили, что введение в зеленый ассимилирующий лист слабых растворов гетероауксина способно резко усилить его фотосинтез. «Таким образом, — писал Н. Г. Холодный (1939, с. 255), — и эта важнейшая функция растительного организма оказывается, по–видимому, связанной с наличием в клетке фитогормонов». Б. А. Рубин (1961, с. 138) в главе о фотосинтезе «Курса физиологии растений» отметил, что «исключительно большое влияние оказывают на ход фотосинтеза биологические (внутренние) особенности растений, которыми определяется характер реагирования организма на внешнее воздействие». По нашим представлениям, таким фактором может быть только степень микотрофности растений.

Общим положением, определяющим взаимозависимость растений и симбионтных грибов, служит использование последними избытка продуктов фотосинтеза, достигающих корневых систем, так как основная синтетическая деятельность эндофитов осуществляется в корнях, поскольку лишь здесь у них образуются специальные органы для накопления продуктов синтеза — везикулы и арбускулы. Последние отсутствуют в мицелии грибов в надземных частях растений. Взамен углеводов эндофиты возвращают растению более сложные азотсодержащие вещества.

Впервые такие продукты синтеза симбионтных грибов растении, как гормональные вещества, аминокислоты, ферменты, витамины, липиды и цветные пигменты, были обнаружены в пасоке корней Д. А. Сабининым (1949). В дальнейшем их наличие было установлено нами в лабораторных колбах с чистыми культурами эндофитов, выделенными из корней многочисленных растений (Гельцер, Коваль, Сапронова 1965; Гельцер, Кузнецова 1977).

Гормональные вещества. В подробном обзоре литературы, посвященной исследованиям ростовых гормонов, Н. Г. Холодный (1939) отмечал, что, несмотря на огромный труд, затраченный на изучение фитогормонов и их значения в жизни растений, эта отрасль знаний все еще находится в начальной стадии развития, о чем свидетельствует обилие разнообразных, иногда противоречивых гипотез. Вместе с тем Н. Г. Холодный предугадал скорое развитие науки о фитогормонах, которые при ничтожно малых количествах обладают исключительной физиологической и биохимической активностью. В своем труде он критически рассмотрел многие аспекты проблемы: участие гормонов в клеточных делениях, в процессах роста, тропизмах, ранениях растений и цветении, — отразив тем самым всю их значимости в жизни каждого растения.

Наиболее важных выводом Н. Г. Холодного (1939) является его заключение о регулирующем влиянии гормонов роста на ферментативную деятельность растений, от которой зависит характер образования различных органических соединений.

Около 80 лет ученые не могли установить места образования гормональных веществ в растениях, так как при господствующем в науке представлении об автотрофности растительного мира их искали в надземных частях растений, не учитывая необходимости затрат энергии на их синтез. Длительное время признавалось правильным представление об их возникновении в точках роста, где они впервые были обнаружены (Went, 1928), однако, позднее исследователями было установлено наличие гормонов во всех частях растении. Мы находим у В. И. Кефели (1978, с. 983) следующее высказывание по этому поводу: «Несмотря на то, что в высшем растении отсутствуют специализированные органы, ответственные за образование и транспорт гормонов, определенная тканевая и органная приуроченность в биогенезе этих веществ существует». Этот автор считал, что для апикальной меристемы стебля характерна высокая концентрация ауксилов, для корней — цитокининов и абсцизовой кислоты, для листьев — гиббереллипов.

Полученные нами данные об образовании гормональных веществ в корнях растений с участием эндофитов, обладающих для этого процесса нужной энергией, находятся в соответствии с данными об их синтезе гименомицетами, образующими эктотрофную микоризу (Dagus, Bluzmann, 1943). Мы использовали вытяжки из гименомицетов для получения первых чистых культур эндофитов, которые без воздействия гормональных веществ в питательных средах не прорастают из корней.

Обладая высокой проницаемостью, гормональные вещества достигают точек роста надземных частей растений, стимулируя деление и рост их клеток на любом расстоянии от места их синтеза в корнях. Однородность ростовых препаратов, полученных в стерильных питательных средах путем пересевов частиц мицелия чистой культуры эндофита, обеспечивает стандартность их действия на протяжении многих лет, чего трудно достигнуть при изготовлении препаратов ростовых веществ из растущих в лесу грибов. Не случайно экто–эндотрофной микоризой обладают только такие мощные породы деревьев, как береза, сосна, дуб, ель, пальмы и др., которые нуждаются в объединенных усилиях двух видов грибов для обеспечения ростовыми веществами в течение всей жизни.

Широко применяемый на практике ростовой препарат — индолилуксусную кислоту (ИУК) — получают путем применения ацетатных вытяжек из семян некоторых сортов кукурузы и последующего ряда обработок. Нами были изготовлены ростовые препараты из различных чистых культур эндофитов и назвали мы их симбионтами, поскольку продуцентами таких препаратов являются симбионтные грибы растении. Для получения препарата Симбионт 1 использовался эндофит, выделенный из корней женьшеня (Гельцер, 1973а, б), для Симбионта 2 — эндофит из облепихи (Гельцер, Игнатьев, 1982). В отличие от ИУК, которая обычно используется в небольших разведениях — в 5-10 раз, препараты Симбионт нужно разводить в 10 000 и более раз, что оправдывает их название — гормональные препараты. Замачивание черенков в препарате ИУК рекомендуется производить на 8-12 ч (Турецкая, 1947), а с препаратом Симбионт не более чем на 30 мин после 10 000 разведении (рис. 26).

Рис. 26. Влияние разных концентрации препарата Симбионт 1 на рост корней и побегов картофеля: 1 — контроль; 2 — обработка препаратом в разведении 0,0001, 3 — в разведении 0,00001

Перед высевом семена с тонкой оболочкой (например, пшеницы, ржи), клубни картофеля, луковицы и мелкие семена огородных культур нужно опрыснуть нашими препаратами в указанной концентрации и подсушить, а семена с более прочной оболочкой (у риса, гречихи, огурца, подсолнечинка и др.) замачивать в таком же растворе в течение 30 мин и тоже подсушить. Для обработки 3-4 т посадочного картофеля на 1 га потребуется 1 мл нашего препарата развести в 10 л воды. Таким же количеством можно обработать 600 кг семян зерновых культур.

Первые препараты были изготовлены из продуктов метаболизма чистых культур эндофитов, выделенных из корней овса, пшеницы, картофеля и многолетних сильно микотрофных растений пырея и мать–и–мачехи. Все указанные препараты не обладали специфичностью,