Метадані
| Автор(и) | Шевчук Надія Володимирівна |
|---|---|
| Рік | 2026 |
| PDF (повний текст) | Відкрити PDF |
| Анотація (UA) | Шевчук Н.В. Фізіологічна активність і вплив ендофітних бактерій на симбіоз Bradyrhizobium japonicum – Glycine max. – Кваліфікаційна наукова праця на правах рукопису. Дисертація на здобуття наукового ступеня доктора філософії за спеціальністю 091 «Біологія та біохімія». – Інститут мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного НАН України, Київ, 2026 р. Дисертаційну роботу присвячено дослідженню фізіологічних та функціональних властивостей нових ендофітних штамів, виділених з поверхнево стерилізованих бульбочок сої. Пов’язані з рослинами мікроорганізми, зокрема, ризосферні та ендофітні бактерії, здатні колонізувати фітосферу, синтезувати метаболіти, які стимулюють ріст культурних рослин, сприяють підвищенню їх стресостійкості та продуктивності. У зв’язку з цим зростає інтерес до бактерій-ендофітів, їх ролі у формуванні ефективних рослинно-мікробних систем із наданням їм додаткових адаптивних функцій і стабільності. Надзвичайно актуальним є створення новітніх біопрепаратів на основі ендофітних бактерій з підвищеними стресопротекторними властивостями і екологічною пластичністю для сталого розвитку рослинництва. Ендофітні бактерії мають стійкі мутуалістичні взаємовідносини з рослинами, проте їх дія у комплексі з ризобіальними бактеріями мало досліджена. Наукова новизна роботи полягає у вивченні властивостей нововиділених ендофітних штамів та встановленні їх впливу на симбіотичну систему «ризобіальні бактерії – соя». Показано, що досліджувані ендофітні бактерії були стійкими до більшості сучасних фунгіцидних та інсектицидних препаратів, за застосування їх у дозах, рекомендованих виробником. Це робить можливим сумісне використання даних пестицидів з ендофітними та ризобіальними бактеріями за умов масового поширення шкідників та фітопатогенів. Досліджувані ендофітні штами Bacillus sp. 4, Bacillus sp. 5 та Pseudomonas sp. 6 були здатними рости за впливу супраоптимальних температур у діапазоні 20ºС - 42ºС, що свідчить про їх стійкість до температурних коливань за використання як інокулянтів у різних кліматичних зонах. У експериментах in vivo та ex vivo було виявлено значний біоконтролюючий потенціал ендофітних штамів проти як бактеріальних, так і грибних фітопатогенів. Штами Ochrobactrum sp. 2 та Paenibacillus sp. 3 інгібували ріст патогенів бобових культур – Xanthomonas axonopodis pv. phaseoli УКМ B-1066 та УКМ B-1065, а Bacillus sp. 5 – X. axonopodis pv. glycines УКМ В1162. Найсильніші антагоністичні властивості проти X. vesicatoria 7790 проявили штами Ochrobactrum sp. 2 та Pseudomonas sp. 6, а проти X. cucurbitae УКМ В-1063 – Paenibacillus sp. 3. Ріст Clavibacter michiganensis subsp. michiganensis 102 – збудника раку томатів або хвороб томатів найефективніше пригнічував Ochrobactrum sp. 2. Отже, незважаючи на те, що досліджувані штами були виділені із бульбочок сої, вони проявляли антагонізм до патогенів як бобових, так і овочевих культур, що підкреслює їх потенціал як агентів біоконтролю для різних агрокультур. Окрім цього, ендофітні штами проявляли антагонізм і до патогенних мікроміцетів, інгібуючи проростання спор та спричиняючи зміни у морфології їх міцелію. Найвищу інгібуючу активність щодо Alternaria alternata 150721 проявили супернатанти штамів Bacillus sp. 4 та Pseudomonas sp. 6, а щодо Fusarium oxysporum 080721 – Ochrobactrum sp. 2 та Paenibacillus sp. 3. У дослідженнях ex vivo була підтверджена ефективність ендофітних бактерій проти фітопатогенних мікроміцетів. Застосування ендофітноризобіальної інокуляції насіння за штучного зараження фітопатогенами A. alternata 150721 та F. oxysporum 080721 сприяло значному зменшенню площ ураження листкових пластин. У той же час, додаткове обприскування вегетуючих рослин супернатантами ендофітів забезпечило захисний ефект проти мікозів на рівні 81,2% - 95,9%. 3 Одним із поширених механізмів бактеріального біоконтролю є синтез сидерофорів. У наших дослідженнях було підтверджено, що усі ендофітні штами продукували сидерофори гідроксаматного типу, а штами Paenibacillus sp. 3 , Bacillus sp. 4 та Bacillus sp. 5 синтезували також і катехолатні типи. За кількісного визначення продукції сидерофорів ендофітними штамами було встановлено, що найактивнішими продуцентами були Paenibacillus sp. 1 (75,9%), Bacillus sp. 4 (57,7%) та Pseudomonas sp. 6 (78,3%). За комплексом морфологічних ознак, фізіолого-біохімічних властивостей, результатами повногеномного секвенування та філогенетичного аналізу активні ендофітні ізоляти Bacillus sp. 4 та Bacillus sp. 5 було ідентифіковано як Bacillus velezensis ІМВ B-8134 та B-8135 та задепоновано у DDBJ/ENA/GenBank за номерами GCA_051550635.1 та GCA_052976605.1 відповідно. Анотація геномів даних штамів та аналіз біосинтетичних генних кластерів продемонстрували значний біотехнологічний потенціал. Було виявлено гени, відповідальні за синтез антибіотичних сполук (бацилізину, макролактину, бацилаєну, фенгіцину, дифіцидину) та сидерофорів (бацилібактину). Відсутність закодованих генів токсинів та суперантигенів свідчить про їх непатогенність. Це було підтверджено у дослідах in vivo (токсиколого-гігієнічний висновок додається). Обидва штами були чутливими до більшості протестованих антибіотичних сполук (аміноглікозидів, фторхінолонів, макролідів, глікопептидів, тетрациклінів, цефалоспоринів, амфеніколів, та карбапенемів), що дозволяє їх використання як інокулянтів у сільському господарстві без ризиків поширення генів антибіотикорезистентності у екосистемах. У польових дослідженнях виявлено значний адаптогенний вплив ендофітно-ризобіальної інокуляції на рослини сої в умовах посухи. Показано, що комплексна передпосівна інокуляція насіння сої сприяла адаптації рослин до несприятливих умов шляхом активування ферментативних та неферментативних механізмів антиоксидантного захисту. Було відмічено підвищення каталазної активності на 52,2% порівняно з контролем, що свідчить про активацію ферментативного шляху нейтралізації надлишку пероксиду водню (H2O2). 4 Одночасно спостерігали, що антирадикальна активність екстрактів коренів та листя інокульованих рослин сої була нижчою, ніж у контролі на 10,0% та 39,06% відповідно, що зумовлено зниженням оксидативного стресу. Окрім цього, ендофітно-ризобільна інокуляція сприяла покращенню водного режиму рослин сої, а саме підвищувала водозабезпечення та водоутримуючу здатність рослин. Важливо зазначити, що описані ефекти зберігалися і у рослин сої другого покоління, вирощених з насіння, інокульованого минулого року. Такий феномен розглядається як прояв біопраймінгу, який, ймовірно, включає вертикальну передачу ендофітів наступному поколінню рослин з насінням. У польових дослідах, проведених у посушливих умовах Південного Степу України на зрошуваних землях, було відзначено позитивний вплив комплексної ендофітно-ризобільної інокуляції насіння сої на ризосферну мікробіоту та агрохімічний склад ґрунтів, що сприяло підвищенню стійкості та продуктивності рослин сої. Застосування інокуляції активізувало розвиток мікроорганізмів основних еколого-функціональних груп у ризосферному ґрунті сої. Було відмічено збільшення чисельності амоніфікувальних (у 2,7 рази), амілолітичних (у 2,2 рази), фосфатмобілізувальних (у 3,1 рази), педотрофних (на 20,9%), оліготрофних (2,3 рази) та нітрогенфіксувальних (на 42,2%) мікроорганізмів порівняно з контрольним варіантом без інокуляції. Вміст поживних елементів ґрунту також зростав за використання інокуляції. Так, збільшенню вмісту мінерального нітрогену та обмінного калію сприяло застосування інокуляції РизобіномK+ B. velezensis ІМВ В-8135, а найбільший вміст рухомого фосфору було відмічено у варіантах РизобінK+ B. velezensis ІМВ В-8135 та РизобінK+ Pseudomonas sp. 6. Підвищення показників польової схожості, виживання та густоти стояння рослин, покращення структури урожаю забезпечили стабільне зростання урожайності, приріст склав 19,4-40,4%, порівняно з необробленим контролем. Практичне значення отриманих результатів: На підставі результатів досліджень стресостійкості, біоконтролюючих, адаптогенних, фітостимулювальних властивостей ендофітних штамів та їх позитивного впливу 5 на соєво-ризобіальний симбіоз розроблено практичні рекомендації щодо застосування комплексної ендофітно-ризобільної інокуляції насіння сої, які опубліковані в «Удосконалена енергоощадна технологія вирощування сої в умовах зрошення Південного Степу України: науково-методичні рекомендації». Ефективність ендофітно-ризобіальної інокуляції насіння сої підтверджено актами впровадження науково-технічної розробки у Херсонській та Одеській областях (Додаток В). Активні ендофітні штами Bacillus velezensis ІМВ B-8134 та ІМВ B-8135 поповнили колекцію мікроорганізмів депозитарію Інституту мікробіології і вірусології ім. Д. К. Заболотного НАН України, а їх повні геномні послідовності задепоновано у базі GenBank. Ключові слова: ендофіти, ризобії, соя, стійкість до пестицидів, антагоністична активність, біоконтроль, сидерофори, ідентифікація, філогенія, біопраймування, антиоксидантна активність, водний режим, родючість ґрунту, урожайність. |
| Ступінь | доктор філософії |
| Спеціальність (шифр) | 091 Біологія та біохімія |
| Науковий керівник/консультант | д.б.н., проф., чл.-кор. НАН України Іутинська Галина Олександрівна |
| Дата захисту | 2026 |
