Автор: И. А. ТИХОНОВИЧ

Академик РАСХН И. А. ТИХОНОВИЧ, Всероссийский научно- исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии

По словам современников, в конце XIX в. агрономические знания все теснее сплетались с бактериологическими открытиями. Взгляд на почву, как на мертвую среду, уступил представлениям о том, что она - живой организм, населенный, как тогда выражались, легионами микроскопических живых существ, которые и являются главными виновниками химизма всех протекающих в ней процессов.

Свое начало в нашем Отечестве сельскохозяйственная микробиология ведет с 1891 г., когда в Санкт-Петербурге при Департаменте земельных отношений и имуществ была создана Сельскохозяйственная бактериологическая лаборатория по использованию микроорганизмов для борьбы с грызунами. Она, "удовлетворяя неотложным запросам сельских хозяев, должна была, прежде всего, взять на себя и сложную работу по реорганизации приемов бактериологической борьбы с вредителями сельского хозяйства, заключающейся, как известно, в осуществлении на деле идеи искусственного распространения среди вредных животных свойственных им повальных болезней".

У ее истоков стояли выдающиеся микробиологи К. С. Мережковский, Б. Л. Исаченко (академик с 1946 г.) и др. И хотя основным направлением по- прежнему оставались работы по "мышеубиваюшим" микроорганизмам, в этой лаборатории развернули исследования по микробиологии виноделия, сыроварения, другим актуальным вопросам. Такая деятельность сыграла огромную роль в пропаганде достижений и внедрению их в практику сельскохозяйственного производства страны.

Всесоюзный институт сельскохозяйственной микробиологии был создан в 1930 г. под руководством выдающегося биолога широкого профиля академика С. П. Костычева. Будучи физиологом и биохимиком, он

стр. 106

хорошо понимал те связи, которые существуют в природе. Вероятно, поэтому сферой интересов наших сотрудников была и остается широкая группа микроорганизмов, которая играет определяющую роль в почвообразовательном процессе, формировании агрофитоценозов, биологическом контроле ряда важнейших болезней и вредителей растений. Одна из важнейших заслуг института - постоянное привлечение в сельскохозяйственную практику новых видов бактерий и грибов, выявление их полезных функций, разработка приемов использования.

Сегодня наше учреждение - основной компонент отечественной научной школы сельскохозяйственной микробиологии. Среди его сотрудников в разное время были академики Е. Н. Мишустин, Г. А. Надсон, И. И. Самойлов, академики ВАСХНИЛ П. С. Муромцев, О. А. Берестецкий, видные ученые В. П. Израильский, Г. Л. Селибер и др. Ныне исследователи, вышедшие из наших стен, работают во многих известных лабораториях России и за ее пределами (Великобритания, Франция, Австралия, Германия, Нидерланды и др.).

Как и в начале существования, сейчас деятельность института посвящена фундаментальным вопросам микробиологии и разработкам, которые находят свое применение в сельскохозяйственном производстве. Относительно неплохая материальная база института включает среди прочего секвенатор генов, хроматографы, локальную компьютерную сеть и позволяет вести работу на современном уровне.

Принципиально новые возможности открываются в связи с участием института в международных проектах, когда объединяются усилия исследователей многих лабораторий и стран (мы сотрудничаем с учеными из Европы, США, Австралии, Японии, Южной Кореи). Часто в основе комплексных проектов лежат биологические модели, созданные у нас, что значительно поднимает престиж института. Не случайно на нашей базе проходил 10-й Конгресс по биологической фиксации азота, в котором участвовали более 700 специалистов из 72 стран, а ныне идет активная подготовка к Конгрессу по молекулярному взаимодействию микроорганизмов и растений (он состоится в Санкт- Петербурге в 2003 г.).

Одна из важнейших задач сельскохозяйственной микробиологии - выяснение роли микроорганизмов в агроландшафте, вычленение наиболее значимых видов, изучение их функций, селекции и интродукции в окружающую среду, что впоследствии позволит направленно регулировать почвенно- микробиологические процессы. В этой связи отметим, что у нас заметный прогресс достигнут в использовании ризосферных* микроорганизмов, в том числе клубеньковых бактерий, усваивающих в симбиозе с бобовыми атмосферный азот и обогащающих им почву, а также микроорганизмов, полезных для остальных растений. Мы собрали национальную коллекцию штаммов ризобактерий, в том числе характерных для растений, произрастающих не только в России, но и в различных регионах мира. Совершенствуется система их использования для инокуляции посевов. Ежегодно проводится проверка эффективности производственных и перспективных штаммов в учреждениях нашей географической сети опытов.

Изучение клубеньковых бактерий уже сегодня позволяет, используя методы генной инженерии, проводить направленное конструирование соответствующих штаммов, обладающих комбинацией хозяйственно ценных признаков: высокой эффективностью симбиоза и повышенной конкурентной способностью, а также в самое ближайшее время приступить к работам по геномному типированию активных пар "штамм-растение-хозяин".

Кроме присущих бобовым, выделена группа ризосферных микроорганизмов, применение которых на практике впервые было осуществлено в нашем институте. На их основе создано новое поколение биопрепаратов. Предварительно полезные микроорганизмы отбирали по фиксации азота на корнях небобовых растений. Но в дальнейшем было установлено: их использование позволяет существенно повысить урожай-

* Ризосфера - слой почвы, примыкающий к корням растений (прим. ред.).

стр. 107

ность сельскохозяйственных культур за счет комплексного воздействия.

Проблема микробно-растительного взаимодействия стала особенно актуальной в связи с развитием экологически устойчивого земледелия, в значительной степени основанного на оптимизации природного потенциала агрофитоценозов. При этом растения и микроорганизмы эволюционно связаны принципом разделения функций. Первые как бы доверяют ряд признаков своим сожителям. Если в процессе современного хозяйствования эта связь разрушается, то восполнять недостающие функции приходится земледельцам, что часто ведет к нарушению экологической устойчивости. Складывающиеся в ризосфере фитопатогенные отношения также в значительной степени являются единой генетической системой, в данном случае служащей интересам патогенной микрофлоры.

Снизить ущерб от фитопатогенеза можно или направленной регуляцией генетических взаимоотношений его участников, или применением полезной микрофлоры, пригодной для борьбы с почвенными инфекциями. Осознание процессов, лежащих в основе восприимчивости, или, наоборот, устойчивости культурных растений к различным болезням, позволит выработать новые подходы к выведению иммунных сортов. Это направление также развивается в институте в содружестве с Санкт-Петербургским государственным университетом. На основании полученных данных планируется начать изучение действия симбиотических бактерий на индукцию системной приобретенной устойчивости растений к патогенам (SAR). Это позволит получить штаммы эндосимбиотических и ассоциативных бактерий, пригодные для иммунизации сельскохозяйственных культур. Другая перспектива - разработка приемов практического использования штаммов в условиях как теплиц, так и открытого фунта. Для этого будет применен ранее предложенный нами метод активной селекции - в результате будут созданы организмы, сочетающие высокую колонизирующую способность, ростстимулирующую и антипатогенную активность.

Как известно со школьной скамьи, бобовые культуры формируют два типа симбиозов: с клубеньковыми бактериями и эндомикоризными грибами, играющими важную роль в минеральном питании растений-хозяев. Высокая эффективность этих систем обеспечивается специальными структурами (а также органами), изучение которых представляет большой интерес для понимания механизмов взаимодействия между партнерами - обмена молекулярными сигналами, регуляции скоординированной дифференциальной экспрессии их генов, процессов дифференцировки и дедифференцировки клеток и тканей, генезиса упомянутых структур (органов) партнеров, эволюционного становления симбиозов. В череде перечисленных проблем особое внимание уделяем созданию моделей для понимания молекулярных механизмов взаимодействия между симбионтами и выявления исходного материала для селекции гороха на повышение его потенциала совместного существования с бактериями. С этой целью проводим анализ генетического контроля бобово- резобиального и эндомикоризного симбиозов со стороны растения-хозяина: идентификацию соответствующих генов, анализ их первичной структуры, функции молекулярных продуктов.

В институте сформирована одна из крупнейших в мире коллекций идентифицированных на сегодня мутантов гороха (120) по указанным признакам. Их фенотипическая характеристика позволила идентифицировать дискретные стадии процессов развития как азотфиксирующих клубеньков, так и арбускулярной микоризы*, контролируемые различными группами генов гороха. При этом выявлено: некоторые из последних необходимы для развития обеих эндосимбиотических систем.

Детальная фенотипическая характеристика и генетическое картирование идентифицированных симбиотических генов гороха создали условия для их клонирования с целью дальнейшего анализа первичной последовательности, структуры молекулярных продуктов, регуляции экспрессии.

Ну, а поскольку, как говорилось выше, обе эндосимбиотические систе-

* Арбускулы - специализированные органы микоризных грибов, развивающиеся в корнях растений (прим. авт.).

стр. 108

мы имеют общие растительные гены и молекулярные продукты, то, значит, бобовые имеют генетическую систему, контролирующую развитие и свойственных им клубеньковых бактерий, и грибов арбускулярной микоризы. Такой вывод определил необходимость отбора гороха на эффективность указанного тройного "содружества". И оказалось, что вполне можно создавать коммерческие сорта гороха с высоким симбиотическим потенциалом.

Мониторинг почв и экология населяющих их микроорганизмов традиционно занимают важное место в работах института. Так, показано, что ряд гербицидов, попадая в корневую систему бобовых, аккумулируются в клубеньках, где их активно разлагают бактерии. Это позволило использовать аналогичный прием для биоочистки загрязненных пестицидами почв. Выделены микроорганизмы и разработаны способы, ускоряющие процессы самоочищения почвы от ядов.

Изучение процессов формирования микробного комплекса почвы под влиянием природных и антропогенных факторов инициировало разработку микробиологических методов оценки ее качества и создания системы микробиологического мониторинга почвенного покрова в агроэкосистемах.

Работы по превращению органического вещества почвы вылились в появление нового поколения удобрений на основе отходов крупных животноводческих комплексов. Они удачно сочетают стандарты минеральных агрохимикатов и экологическую безопасность традиционного навоза или торфа. Предложен также эколого-физиологический принцип оценки функционирования микробных сообществ в искусственных экосистемах. Он позволил выявить и устранить факторы, лимитирующие микробиологическое окисление органических отходов. В результате практики получили новые виды микробных удобрений, которые характеризуются высоким содержанием основных биогенных элементов и обогащены полезной микрофлорой, обладающей ростстимулирующей активностью и антагонистическим действием к фитопатогенным грибам.

Более ста лет известны микробиологические приемы борьбы с вредителями сельскохозяйственных растений. Тем не менее и сегодня в мире (и в нашем институте, в том числе) не свернуты изыскания по патогенам для борьбы с насекомыми и грызунами. Выделена большая серия энтомофильных и энтомопатогенных микроорганизмов, исследованы их свойства и часть из них использована для разработки технологии производства и применения новых экологически безопасных препаратов, таких, как бактороденцид (против мышевидных грызунов), битоксибациллин (для борьбы с колорадским жуком, вредными чешуекрылыми, паутинным клещом), бактокулицид (против кровососущих комаров), бацикол (для борьбы с жесткокрылыми), актинин (против паутинного клеща) и др. Сейчас на очереди разработки, позволяющие контролировать численность вредителей при применении доз препарата, которые в сотни раз меньше ныне принятых, а также комплексных препаратов для борьбы с насекомыми и фитопатогенами одновременно.

Хорошо известная в России силосная закваска впервые произведена в нашем институте под руководством Л. А. Гардера. Сегодня - это реальная альтернатива дорогостоящим импортным химическим консервантам. Ее использование существенно повышает удои молока и широко используется в кормопроизводстве.

По инициативе академика РАСХН Л. К. Эрнста у нас начаты исследования по микробиологии пищеварения в рубце жвачных животных и разработан препарат целлобактерин, эффективный в скотоводстве, свиноводстве, птицеводстве и интенсивном рыбоводстве. Его использование позволяет значительно удешевить корма для птиц, снизить содержание дорогостоящего импортного соевого шрота в рационе птицы и даже заменить последний на более дешевые отечественные компоненты - подсолнечниковый шрот и отруби без снижения продуктивности животных.

Прослеживая более чем 100-летний период истории сельскохозяйственной микробиологии, испытывая законную гордость за проделанное, у нас есть все основания с оптимизмом смотреть в будущее, так как уверены в том, что все только начинается.

Permanent link to this publication: