Направленная селекция психрофильного штамма Trichoderma asperellum Г-034 ВИЗР для ускоренной утилизации полимеров растительных остатков и оздоровления почвы

Штаммы рода Trichoderma – природные биодеструкторы растительных остатков, высокоактивные антагонисты почвенных фитопатогенов и фиторегуляторы с широчайшим диапазоном оптимальных для своего развития условий, масштабно используются в создании биопрепаратов. Огромное значение в северных регионах России, особенно при выращивании озимых культур, имеет способность штамма микроорганизма, используемого в агротехнологиях, сохранять жизнеспособность и целевую биологическую активность при низких температурах. В связи с этим цель данной работы – отбор психротолерантного штамма T. asperellum для ускоренной утилизации основных полимеров растительных остатков и оздоровления почвы при низкой температуре, а также оценка его активности в лабораторных и полевых условиях. В процессе работы решали задачи по отбору психротолерантных штаммов T. asperellum с высокой целлюлозолитической активностью; дальнейшей направленной селекции психрофильных штаммов, способных к быстрому росту, активной колонизации растительного субстрата и высокой споропродуктивности при 4–8  °С; оценке целевой активности отселектированного психрофильного штамма в качестве целлюлозолитика и антагонистической активности в отношении фитопатогенов зерновых культур; получению лабораторных образцов препаративных форм путем глубинно-поверхностного культивирования на нестерильном торфе и мультиконверсионных отходах производства съедобных грибов при их последовательном культивировании на одном и том же субстрате и оценке их эффективности в полевых мелкоделяночных опытах. Использовали методы культивирования и создания инокулюма, определения споропродуктивности, модифицированной влажной камеры, оценки антагонистической активности и качества биопрепаратов, организации полевых испытаний, количественных оценок потерь биомассы и содержания целлюлозы и лигнина. Селекцию активного психрофильного штамма для ускоренной утилизации полимеров растительных остатков и оздоровления почвы осуществили в процессе четырехступенчатого скрининга 29 штаммов T. asperellum из Государственной коллекции микроорганизмов ФГБНУ Всероссийский НИИ защиты растений (ВИЗР) с высокими целлюлозолитической и антагонистической активностями. По показателям линейной скорости роста, антагонистической и гиперпаразитической активности при 4–8 °С, высокой скорости колонизации пожнивных остатков пшеницы и кукурузы отобран перспективный психрофильный штамм T. asperellum Г-034 для наработки на его основе лабораторных образцов биопрепаратов и проведения полевых опытов. В полевых испытаниях выявили активное разложение пожнивных остатков кукурузы под воздействием T. asperellum Г-034, приводящее к биодеструкции более 80 % целлюлозы и более 20 % лигнина, а за 12 месяцев – к полной потере растительными остатками интактного состояния. Максимальные потери биомассы пожнивными остатками кукурузы за 12 месяцев составили более 70 %. Штамм-продуцент T. asperellum Г-034 находился в активном состоянии после перезимовки в полевых условиях в количестве ×104 КОЕ/г, приводящем к нарастанию титра с сезонными возрастанием температуры и расширением доступности трофической базы.

1. Алимова Ф.К. Trichoderma/Hypocrea (Fungi, Ascomycetes, Hypocreales): таксономия и распространение. Казань, 2005. [Alimova F.K. Trichoderma/Hypocrea (Fungi, Ascomycetes, Hypocreales): Taxonomy and Distribution. Kazan, 2005. (in Russian)]

2. Алимова Ф.К., Тухбатова Р.И., Тазетдинова Д.И., Кабрера Ф.Х.А., Каримова Л.Ю. Взаимоотношения Тrichoderma, распространенной на территории Республики Татарстан, с микроорганизмами и растениями. Грибы и водоросли в биоценозах: Материалы междунар. конф., посвящ. 75-летию биологического факультета МГУ им. М.В. Ломоносова. Москва, 31 янв.–3 февр. 2006 г. М., 2006;12-13. [Alimova F.K., Toukhbatova R.I., Tazetdinova D.I., Cabrera F.J.A., Karimova L.Yu. Interactions of Тrichoderma, widespread throughout the Republic of Tatarstan, with microorganisms and plants. In: Fungi and Algae in Biocenoses: Proc. Int. Conf., dedicated to the 75th anniversary of the Department of Biology, Lomonosov Moscow State University. Moscow, January 31–February 3, 2006. Мoscow, 2006;12-13. (in Russian)]

3. Аринбасарова А.Ю., Баскунов Б.П., Меденцев А.Г. Низкомолекулярный антимикробный пептид из Trichoderma cf. aureoviride Rifai ВКМF-4268D. Микробиология. 2017;86(2):258-260. [Arinbasarova A.Yu., Baskunov B.P., Medentsev A.G. A low-molecular-mass antimicrobial peptide from Trichoderma cf. aureoviride Rifai VKMF-4268D. Mikrobiologiya = Microbiology. 2017;86(2): 258-260. (in Russian)]

4. Бисько Н.А., Дудка И.А. Биология и культивирование съедобных грибов рода вешенка. Киев, 1987. [Bisko N.A., Dudka I.A. Biology and Cultivation of Edible Mushrooms of the Genus Pleurotus. Kiev, 1987. (in Russian)]

5. Бисько Н.А., Фомина В.И., Володина Е.П., Билай В.Т. Изменение химического состава субстрата при культивировании Pleurotus ostreatus (Jacq.: Fr.) Kumm. Микология и фитопатология. 1986; 20(5):392-395. [Bisko N.A., Fomina V.I., Volodina E.P., Bilay V.T. Change in the chemical composition of the substrate during Pleurotus ostreatus (Jacq.: Fr.) Kumm. cultivation. Mikologiya i Fitopatologiya = Mycology and Phytopathology. 1986;20(5):392-395. (in Russian)]

6. Богданов А.И., Титова Ю.А. Антагонистическая активность штаммов Trichoderma asperellum – продуцентов мультиконверсионных биопрепаратов. Вестн. защиты растений. 2014;1:48-52. [Bogdanov A.I., Titova J.A. Antagonistic activity of Trichoderma asperellum strains, multirecycling bioformulation producers. Vestnik Zashchity Rastenii = Plant Protection News. 2014;1:48-52. (in Russian)]

7. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. М., 1979. [Dospekhov B.A. Methodology of Field Experience. Moscow, 1979. (in Russian)]

8. Егоров Н.С. Основы учения об антибиотиках. М., 2004. [Egorov N.S. Fundamentals of the Antibiotics Doctrine. Moscow, 2004. (in Russian)]

9. Зиганшин Д.Д., Лукьянцев М.А., Егоршина А.А., Сироткин А.С. Оценка способности консорциума микроорганизмов к утилизации стерни. Вестн. Казан. технол. ун-та. 2016;19(16):103-107. [Ziganshin D.D., Lukyantsev M.A., Egorshina A.A., Sirotkin A.S. Assessment of the ability of a microbial consortium to utilize stubbles. Vestnik Kazanskogo Tekhnologicheskogo Universiteta = Bull. Kazan Technol. Univ. 2016;19(16):103-107. (in Russian)]

10. Зиганшин Д.Д., Сироткин А.С. Особенности глубинного и поверхностного культивирования грибов Trichoderma для получения биопрепаратов на основе клеток гриба. Вестн. Казан. технол. ун-та. 2017;20(10):155-158. [Ziganshin D.D., Sirotkin A.S. Features of Trichoderma fungi deep and surface cultivation for obtaining bioformulations based on fungal cells. Vestnik Kazanskogo Tekhnologicheskogo Universiteta = Bull. Kazan Technol. Univ. 2017;20(10):155-158. (in Russian)]

11. Коломбет Л.В., Жиглецова С.К., Дербышев В.В., Ежов Д.В., Косарева Н.И., Быстрова Е.В. Микофунгицид – препарат на основе Trichoderma viride для борьбы с болезнями растений. Прикл. биохимия и микробиология. 2001;37(1):110-114. [Kolombet L.V., Zhigletsova S.K., Derbyshev V.V., Ezhov D.V., Kosareva N.I., Bystrova E.V. Mycofungicide is a biologic based on Trichoderma viride to control plant diseases. Prikladnaya Biokhimiya i Mikrobiologiya = Applied Biochemistry and Microbiology. 2001;37(1):110-114. (in Russian)]

12. Лабынцев А.В., Целуйко О.А. Способ разложения растительных остатков. Пат. РФ RU 2485752 C1. 2013. [Labyntsev A.V., Tseluyko O.A. A method of plant residues destruction. Patent RU 2485752 C1. 2013. (in Russian)]

13. Лилли В., Барнетт Г. Физиология грибов. М., 1953. [Lilly V., Barnett G. Physiology of the Fungi. New York: McGrawHill Publ., 1951. (Russ. ed.: Lilly V., Barnett G. Physiology of the Fungi. Moscow, 1953. (in Russian))]

14. Методы экспериментальной микологии: Справочник. Киев, 1982. [Experimental Mycology Methods: Handbook. Kiev, 1982. (in Russian)]

15. Новикова И.И. Полифункциональные биопрепараты на основе микробов-антагонистов – основа экологически безопасной системы защиты растений от болезней. Информ. бюл. ВПРС МОББ. 2007;38:173-175. [Novikova I.I. Polyfunctional bioformulations based on antagonist microbes are the basis of an environmentally safe system of plant protection against diseases. Informatsionnyy Byulleten VPRS MOBB = IOBC EPRS Informational Bull. 2007;38:173-175. (in Russian)]

16. Новикова И.И. Биологическое разнообразие микроорганизмов – основа для создания новых полифункциональных биопрепаратов для фитосанитарной оптимизации агроэкосистем. Вестн. защиты растений. 2016;83(3):120-122. [Novikova I.I. The biological diversity of microorganisms is the basis for new multifunctional bioformulation development for phytosanitary optimization of agroecosystems. Vestnik Zashchity Rastenii = Plant Protection News. 2016;83(3):120-122. (in Russian)]

17. Оболенская А.В., Щеголев В.П., Аким Г.А. Практические работы по химии древесины и целлюлозы. М., 1955. [Obolenskaya A.V., Shchegolev V.P., Akim G.A. Practical Work on the Chemistry of Wood and Cellulose. Moscow, 1955. (in Russian)]

18. Рудаков О.Л. Микофильные грибы, их биология и практическое значение. М., 1981. [Rudakov O.L. Mycophilic Fungi: Biology and Practical Importance. Moscow, 1981. (in Russian)]

19. Рудаков О.Л. Проблемы и перспективы использования гиперпаразитов и антагонистов в защите растений от инфекционных заболеваний: Микробиологические средства защиты растений. Новосибирск, 1986;139-143. [Rudakov O.L. Problems and Prospects of Using Hyperparasites and Antagonists in Plant Protection against Infectious Diseases: Microbiological Means for Plant Protection. Novosibirsk, 1986;139-143. (in Russian)]

20. Рязанова Т.В., Чупрова Н.А., Лунева Т.А. Воздействие гриба рода Trichoderma на лигнин коры хвойных пород. Катализ в промышленности. 2014;6:64-70. [Ryazanova T.V., Chuprova N.A., Luneva T.A. Effect of Trichoderma fungi on softwood bark lignin. Kataliz v Promyshlennosti = Catalysis in Industry. 2014;6:64-70. (in Russian)]

21. Садыкова В.С., Лихачев А.Н., Бондарь П.Н. Ограничение развития комплекса возбудителей корневых гнилей ячменя антагонистами рода Trichoderma. Микология и фитопатология. 2010;44(6): 556-562. [Sadykova V.S., Likhachev A.N., Bondar P.N. Restriction of barley root rot development by antagonistic fungi of the genus Trichoderma. Mikologiya i Fitopatologiya = Mycology and Phytopathology. 2010;44(6):556-562. (in Russian)]

22. Садыкова В.С., Третьякова И.Н., Носкова Н.Е., Бондарь П.Н. Антагонистическая и ростостимулирующая активность штаммов рода Trichoderma и перспективы их использования в биоконтроле. Иммунопатология, аллергология, инфектология. 2009;2: 71-72. [Sadykova V.S., Tretyakova I.N., Noskova N.E., Bondar P.N. Antagonistic and growth-stimulating activity of the genus Trichoderma strains and prospects of their use in biocontrol. Immunopatologiya, Allergologiya, Infektologiya = Immunopathology, Allergology, Infectology. 2009;2:71-72. (in Russian)]

23. Титова Ю.А. Методология получения мультиконверсионных биопрепаратов для защиты растений. Фитосанитарная оптимизация агроэкосистем: Сб. науч. трудов III Всерос. съезда по защите растений. СПб., 2013;2:396-400. Titova J.A. Methodology for obtaining multirecycled bioformulations for plant protection. In: Phytosanitary Optimization of Agroecosystems: Proc. III All-Russian Plant Protection Congr. St. Petersburg, 2013;2:396-400. (in Russian)]

24. Титова Ю.А., Бойкова И.В., Бочкова В.Б. Биологическая активность мультиконверсионных биопестицидов на основе актиномицетов. Современная микология в России: IV cъезд микологов России. М., 2017а;7:284-286. [Titova J.A., Boykova I.V., Bochkova V.B. Biological activity of multirecycled biopesticides based on actinomycetes. In: Modern Mycology in Russia: Proc. IV Congr. Russian Mycologists. Moscow, 2017а;7:284-286. (in Russian)]

25. Титова Ю.А., Долгих В.В., Богданов А.И. Особенности биоконверсии компонентов растительных субстратов штаммами-продуцентами биопрепаратов. Вестн. защиты растений. 2014;3:46-49. [Titova J.A., Dolguikh V.V., Bogdanov A.I. Biorecycling features of plant substrate components by bioformulation producer strains. Vestnik Zashchity Rasteniy = Plant Protection News. 2014,3:46-49. (in Russian)]

26. Титова Ю.А., Сокорнова С.В., Полякова О.Ю. Особенности роста энтомопатогенных видов Beauveria при мультибиоконверсии отходов производства съедобных грибов. Современная микология в России: IV cъезд микологов России. М., 2017б;6: 405-406. [Titova J.A., Sokornova S.V., Polyakova O.Yu. Growth features of Beauveria entomopathogenic species in the multibiorecycling of edible fungi production wastes. In: Modern Mycology in Russia: Proc. IV Congr. Russian Mycologists. Moscow, 2017b;6:405-406. (in Russian)]

27. Титова Ю.А., Хлопунова Л.Б., Федорова Р.А., Зыков И.О. Производство вешенки путем мультибиоконверсии отходов производства шии-таке. Современная микология в России: IV cъезд микологов России. М., 2017в;7:389-391. [Titova J.A., Khlopunova L.B., Fedorova R.A., Zykov I.O. Oyster mushroom production by shiitake waste multibiorecycling. In: Modern Mycology in Russia: Proc. IV Congr. Russian Mycologists. Moscow, 2017c;7:389-391. (in Russian)]

28. ТУ 9291-005-59147141-2006. Технические условия. Триходермин нова. 2006. [ТS 9291-005-59147141-2006. Technical specifications. Trichodermin nova. 2006. (in Russian)]

29. Alamri S., Hashem M., Mostafa Y.S. In vitro and in vivo biocontrol of soil-borne phytopathogenic fungi by certain bioagents and their mode of action. Biocontrol Sci. 2012;17(4):155-167.

30. Benítez T., Rincon F.M., Limon M.C., Codon A.C. Biocontrol mechanisms of Trichoderma strains. Int. Microbiol. 2004;7(4):249-260.

31. Bheemaraya P.M.B., Ramesh N.M.K., Kalyanrao. Effect of substrates on growth and shelf life of Trichoderma species. J. Mycol. Plant Pathol. 2011;41(4):618-621.

32. Boureghda H., Renane R. In vitro study of antagonistic activity of some isolates of Trichoderma spp. against Fusarium spp. isolates the causal agent of wheat head scab. Arab. J. Plant Protection. 2011;29: 51-59.

33. Devi P., Prabhakaran N., Kamil D., Pandey P., Borah J.L. Characterization of Indian native isolates of Trichoderma spp. and assessment of their biocontrol efficiency against plant pathogens. Afr. J. Biotech. 2012;11(85):15150-15160. DOI 10.5897/AJB12.2007.

34. Haran S., Schickler H., Chet I. Molecular mechanisms of lytic enzymes involved in the biocontrol activity of Trichoderma harzianum. Microbiology. 1996;142:2321-2331.

35. Heidi I.G., Abo-Elnaga. Biological control of damping off and root rot of wheat and sugar beet with Trichoderma harzianum. Plant Pathol. J. 2012;11(1):25-31. DOI 10.3923/ppj2012.25.31.

36. Kubicek C.P., Mach R.L., Peterbauer C.K., Lorito M. Trichoderma: from genes to biocontrol. J. Plant Pathol. 2001;83:11-23.

37. Parra T.J., Maniscalco P.D. Effect of Trichoderma spp. on Rhizoctonia solani and some physiological attributes on Zea mays L. under greenhouse conditions. Fitopatol. Venez. 2012;25:10-15.

38. Schwanninger M., Hinterstoisser B. Klason lignin: Modification to improve the precision of the standardized determination. Holzforschung. 2002;56:161-166.

39. Whipps J.M., Lumsden R.D. Commercial use of fungi as plant disease biological control agents: Status and prospects. In: Butt T.M., Jackson C., Magan N. (Eds.). Fungi as Biocontrol Agents: Progress, Problems and Potential. Wallingford, UK: CABI Publ., 2001;9-22.