Использование стрептомицетов для биоконтроля вредителей и снижения вредоносности вирусов на томатах в условиях аридной зоны

Экологизация технологий растениеводства составляет основу современной концепции фитосанитарной оптимизации агроэкосистем. Особого внимания заслуживает применение экологически безопасных препаратов с принципиально новыми механизмами действия на основе актинобактерий, обладающих высоким физиолого-биохимическим потенциалом для защиты растений. Почвенные стрептомицеты технологичны при производстве, имеют длительный срок хранения, удобны для применения в полевых условиях, однако эффективность использования таких препаратов варьирует в широком диапазоне ввиду малой изученности свойств интродуцируемых в почву актинобактерий. В исследованиях впервые установлена биологическая эффективность штамма Streptomyces carpaticus RCAM04697 для биоконтроля насекомых-вредителей и снижения вредоносности фитовирусов на томатах в открытом грунте Астраханской области. Цель исследований заключалась в изучении вирулицидных и афицидных свойств суспензии и экстрактов штамма S. carpaticus RCAM04697 и в оценке их влияния на урожайность томатов в условиях аридной зоны. Штамм S. carpaticus RCAM04697 выделен из бурых полупустынных почв Астраханской области. Полевые испытания показали, что обработка растений томатов суспензией семисуточной культуры штамма S. carpaticus RCAM04697 оказала высокую вирулицидную активность на трех исследуемых изолятах фитовирусов: 75,3% (вирус огуречной мозаики); 69,1% (вирус мозаики томата); 82,5% (вирус бронзовости томата). Максимальная афицидная активность на исследуемых тест-объектах также установлена при обработке суспензией S. carpaticus RCAM04697 на четырнадцатые сутки после третьей обработки и составила: 87,5% (A. crassivora); 86,9% (A. gossypii); 86,6% (А. fabae). Это свидетельствует, как и при оценке противовирусной активности, о пролонгированном антагонистическом действии культуральной жидкости штамма. Бактеризация томатов открытого грунта суспензией исследуемого штамма привела к повышению урожайности в 2,9 раза по сравнению с контролем. Полученные результаты указывают на значительный потенциал штамма S. carpaticus RCAM04697 в производстве биопрепаратов для защиты томатов открытого грунта с вирулицидными, афицидными и фиторегуляторными свойствами.

1. Туманян А.Ф., Тхань Диеп Х.Т. Агротехника возделывания томатов в аридной зоне // Научно-агрономический журнал. 2010. № 2 (87). С. 40-43. EDN: WDFKEZ

2. Байрамбеков Ш.Б., Корнева О.Г., Дубровин Н.К., Полякова Е.В. Полнее задействовать фитосанитарный потенциал орошаемых агроценозов овощебахчевых культур и картофеля // Защита и карантин растений. 2017. С. 27-32. EDN: ZMLKLZ

3. Левитин М.М. Микроорганизмы в условиях глобального изменения климата // Сельскохозяйственная биология. 2015. № 5. С. 119-125. https://doi.org/10.15389/agrobiology.2015.5.641rus

4. Батаева Ю.В., Григорян Л.Н., Курашов Е.А., Крылова Ю.В. и др. Изучение метаболитов Streptomyces carpaticus RCAM04697 для создания экологически безопасных средств защиты растений // Теоретическая и прикладная экология. 2021. № 3. С. 172-178. https://doi.org/10.25750/1995-4301-2021-3-172-178

5. Иванов А.Л. Научное земледелие России: итоги и перспективы // Земледелие. 2014. № 3. С. 25-29. EDN: SBHBGB

6. Широких И.Г., Лыскова И.В., Назарова Я.И., Градобоева Т.П. и др. Местные штаммы стрептомицетов в защите гороха (Pisum sativum L.) от вредоносных инфекций // Теорeтическая и прикладная экология. 2022. № 2. С. 173-182. https://doi.org/10.25750/1995-4301-2022-2-173-182

7. Grigoryan L.N., Bataeva Yu.V., Novichenko O.V., Shaheen M. et al. Study of the Effect of Suspension and Extracts Streptomyces carpaticus RCAM04697 Strain on Safety and Quality Indicators of Tomato. Sustainable Development: Agriculture, Veterinary Medicine and Ecology. Karshi, Republic of Uzbekistan. 2023;3011:225-234. https://doi.org/10.1063/5.0162340

8. Чеботарь В.К. Эндофитные бактерии как перспективный биотехнологический ресурс и их разнообразие // Сельскохозяйственная биология. 2015. № 50 (5). С. 648-654. https://doi.org/10.15389/agrobiology.2015.5.648rus

9. Mnif I., Ghribi D. Review Lipopeptides Biosurfactants: Mean Classes and New Insights for Industrial, Biomedical and Environmental Applications. Biopolymers. 2015;104(3):129-147. https://doi.org/10.1002/bip.22630

10. Olfa K.-F., Saoussen B.K., Mouna D., Amel K. et al. Improvement of Antifungal Metabolites Production by Bacillus subtilis V 26 for Biocontrol of Tomato Postharvest Disease. Biological Control. 2016;95:73-82. https://doi.org/10.1016/j.biocontrol.2016.01.005

11. Grigoryan L.N., Bataeva Yu.V., Andreeva E.D., Zakar’yaeva D.Kh. et al. Study of the Component Structure of the Metabolites of Bacteria Nocardiopsis umidischolae in the Search for Eco-friendly Plant Protection Agents. Russian Journal of General Chemistry. 2020;90(13):2531-2541 (In Russ.). https://doi.org/10.1134/S1070363220130010

12. Широких И.Г., Широких А.А., Ашихмина Т.Я. Оценка антагонистического потенциала и антибиотической устойчивости актиномицетов, выделенных из двух желтоземов юго-восточного Китая // Почвоведение. 2018. № 7. С. 859-867. https://doi.org/10.1134/S0032180X18070122

13. Григорян Л.Н., Батаева Ю.В. Экологические особенности и биотехнологические возможности почвенных актинобактерий (обзор) // Теоретическая и прикладная экология. 2023. № 2. С. 6-19. https://doi.org/10.25750/1995-4301-2023-2-006-019

14. Bataeva Yu.V., Grigoryan L.N., Bogun A.G., Kislichkina A.A. et al. Biological Activity and Composition of Metabolites of Potential Agricultural Application from Streptomyces carpaticus K-11 RCAM04697 (SCPM-O-B-9993). Microbiology. 2023;92(3):459-467. https://doi.org/10.1134/S0026261723600155

15. Назарова Я.И., Широких И.Г., Бакулина А.В., Баранова Е.Н. и др. Идентификация двух ризосферных изолятов стрептомицетов и изучение in vitro их колонизирующей активности // Теоретическая и прикладная экология. 2019. С. 72-79. https://doi.org/10.25750/1995-4301-2019-3-072-079

16. Čihák M., Kameník Z., Šmídová K., Bergman N. et al. Secondary Metabolites Produced during the Germination of Streptomyces coelicolor. Frontiers In Microbiology. 2017;8:2495. https://doi.org/10.3389/fmicb.2017.02495

17. Wink J., Mohammadipanah F. Biology and Biotechnology of Actinobacteria. Ed. Journal Hamedi. 2017:395-408. https://doi.org/10.1007/978-3-319-60339-1

18. Vurukonda S.S.K.P., Giovanardi D., Stefani E. Plant Growth Promoting and Biocontrol Activity of Streptomyces spp. as Endophytes. International Journal of Molecular Sciences. 2018;19(4):952-961. https://doi.org/10.3390/ijms19040952

19. Tarkka M., Hampp R. Secondary Metabolites of Soil Streptomycetes in Biotic Interactions. Secondary Metabolites in Soil Ecology. 2008:107-126

20. Треножникова Л.П., Балгимбаева А.С., Ултанбекова Г.Д., Галимбаева Р.Ш. Антифунгальная активность против патогенов зерновых культур и изучение антибиотика штамма Streptomyces sp. К-541, выделенного из экстремальных экосистем Казахстана // Сельскохозяйственная биология. 2018. № 53 (1). С. 96-102. https://doi.org/10.15389/agrobiology.2018.1.96rus

21. Ceylan O., Okmen G., Ugur A. Isolation of Soil Streptomyces as Source Antibiotics Active against Antibioticresistant Bacteria. EurAsian Journal of BioSciences. 2008;2:73-82

22. Bataeva Yu.V., Delegan Ya.A., Bogun A.G., Shishkina L.А. et al. Whole Genome Analysis and Assessment of the Metabolic Potential of Streptomyces carpaticus SCPM-OB-9993, a Promising Phytostimulant and Antiviral Agent. Biology. 2024;13(6):388. https://doi.org/10.3390/biology13060388

23. Cohen M.F., Mazzola M. Resident Bacteria, Nitric Oxide Emission and Particle Size Modulate the Effect of Brassica napus Seed Meal on Disease Incited by Rhizoctonia solani and Pythium spp. Plant and Soil. 2006;286(12):75-86. https://doi.org/10.1007/s11104-006-9027-1

24. Wellington B., Figueiredo J.E.F. Efficacy and Dose – Response Relationship in Biocontrol in Fusarium Disease in Maize by Streptomyces spp. European Journal of Plant Pathology. 2008;120(3):311-316 https://doi.org/10.1007/s10658-007-9220-y

25. Chater K.F., Biro S., Lee K.J., Palner T. et al. The Complex Extracellular Biology of Streptomyces. FEMS Microbiology Reviews. 2010;34:171-198. https://doi.org/10.1111/j.1574-6976.2009.00206.x

26. Sharma М. Actinomycetes: Source, Identification, and Their Applications. International Journal of Current Microbiology and Applied Sciences. 2014;3(2):801-832. https://doi.org/10.20546/ijcmas.2017.602.089

27. Ulloa-Ogaz A.L., Muñoz-Castellanos L.N., NevárezMoorillón G.V. Biocontrol of Phytopathogens: Antibiotic Production as Mechanism of Control. The Battle against Microbial Pathogens: Basic Science, Technological Advances and Educational Programs. 2015:305-309

28. Li Y., Kong L., Shen J., Wang Q. et al. Characterization of the Positive SARP Family Regulator PieR for Improving Piericidin A1 Production in Streptomyces piomogeues var. hangzhouwanensis. Synthetic and Systems Biotechnology. 2019;4(1):16-24. https://doi.org/10.1016/j.synbio.2018.12.002

29. Williamson N.P., Brian E.M., Wellington H. Molecular Detection of Bacterial and Streptomycete Chitinases in the Environment. Antonie van Leeuwenhoek. 2000;78.3(4):315-321. https://doi.org/10.1023/a:1010225909148

30. Efimenko T.A., Malanicheva I.A., Vasil’eva B.F., Glukhova A.A. et al. Antibiotic Activity of Bacterial Endobionts of Basidiomycete Fruit Bodies. Microbiology. 2016;5:740-747. https://doi.org/10.1134/S0026261716060084

31. Сергеева О.В., Долженко Т.В. Биологическая эффективность аверсектина C в отношении сосущих вредителей // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. 2018. № 2 (51). С. 89-94. EDN: XUEGJV

32. Штамм Streptomyces carpaticus для защиты от насекомых-вредителей, грибных, вирусных болезней и стимуляции роста томатов: Патент 2695157 C1 (Российская Федерация): МПК C12N1/20, A01N63/02, C12R1/465 / Л.Н. Григорян, Ю.В. Батаева, В.А. Шляхов, И.С. Дзержинская, 2019

33. Гнутова Р.В. Современные тенденции в таксономии и номенклатуре вирусов // Успехи современной биологии. 2011. № 131 (6). С. 563-577. EDN: ONPGVP

34. Толкач В.Ф., Гнутова Р.В. Вредоносность вируса огуречной мозаики для овощных и декоративных культур // Защита и карантин растений. 2011. № 7. С. 24-26. EDN: NVUIKR

35. Гнутова Р.В. Современные состояние изучения вирусов овощных культур на Дальнем Востоке // Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии. 2013. № 5. С. 321-340. EDN: RMTWSV

36. Тураева С.М., Курбанова Э.Р., Мамарозиков У.Б., Хидирова Н.К. и др. Биологическая эффективность экстракта Haplophyllum perforatum против Tuta absoluta и его влияние на физиологические свойства томата // Сельскохозяйственная биология. 2022. № 57 (1). С. 183-192. https://doi.org/10.15389/agrobiology.2022.1.183rus

37. Шешегова Т.К., Щеклеина Л.М. Фитопатогенная биота в условиях потепления климата (обзор) // Теорeтическая и прикладная экология. 2022. № 3. С. 6-13. https://doi.org/10.25750/1995-4301-2022-3-006-013

38. Schrey S.D., Tarkka M.T. Friends and Foes: Streptomycetes as Modulators of Plant Disease and Symbiosis. Antonie Van Leeuwenhoek. 2008;94(1):11-19. https://doi.org/10.1007/s10482-008-9241-3

39. Круглов Ю.В., Лисина Т.О. Интродукция в почву Bacillus megaterium 501RIF: Факторы, влияющие на выживание, спорообразование и разложение гербицида прометрина // Сельскохозяйственная биология. 2014. № 5. С. 107-112. https://doi.org/10.15389/agrobiology.2014.5.107rus

40. Широких И.Г., Лыскова И.В., Назарова Я.И., Градобоева Т.П. и др. Местные штаммы стрептомицетов в защите гороха (Pisum sativum L.) от вредоносных инфекций // Теорeтическая и прикладная экология. 2022. № 2. С. 173-182. https://doi.org/10.25750/1995-4301-2022-2-173-182

41. Григорян Л.Н., Батаева Ю.В., Шляхов В.А., Магзанова Д.К. и др. Фитотоксичность и инсектоакарицидная активность актиномицетов, выделенных из засоленных почв аридной территории // Юг России: экология, развитие. 2020. № 15 (2). С. 103-112. https://doi.org/10.18470/1992-1098-2020-2-103-112

42. Гаузе Г.Ф., Преображенская Т.П., Свешникова М.А., Терехова Л.П. и др. Определитель актиномицетов. Роды Streptomyces, Streptoverticilium, Chainia. Москва: Наука, 1983. 248 с.

43. Бойкова И.В., Павлюшин В.А. Актиномицеты – основа новых биопрепаратов для защиты растений от вредных членистоногих // Информационный бюллетень ВПРС МОББ. 2002. № 33. С. 102-113

44. Говоров Д.Н., Живых А.В., Шабельникова А.А., Никулин А.Н. и др. Обзор фитосанитарного состояния посевов сельскохозяйственных культур в Российской Федерации в 2023 году и прогноз развития вредных объектов в 2024 году. Москва, 2023. 1459 с.

45. Александров С.О., Шантасов А.М., Худякова Е.А., Белялов Р.М. Агрохимическая характеристика почв Астраханской области. Астрахань: ГЦАС Астраханский, 2020. 68 с.

46. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта (с основами статистической обработки результатов исследований): Учебник. Изд.6-е, стер. Москва: Альянс, 2011. 350 с. EDN: QLCQEP

47. Сорока С.В., Блоцкая Ж.В., Вабищевич В.В. Вирусы и вирусные болезни сельскохозяйственных культур. Москва, 2009. 39 с.

48. Цыпленков А.Е., Паршин В.Г. Изучение патогенности изолятов вируса огуречной мозаики // Биологические методы защиты растений от вирусных и бактериальных заболеваний: Сборник научных трудов. Ленинград: ВИЗР, 1988. 49 с.

49. Кирай З., Клемент З., Шоймоши Ф., Вереш Й. Методы фитопатологии. Москва: Колос, 1974. 343 с.

50. Зорина Е.А., Фоминых Т.С., Новикова И.И. Влияние штамма Bacillus subtilis М-22 – продуцента биопрепарата Гамаир на развитие инфекции вируса мозаики томата // Вестник защиты растений. 2016. № 2 (88). С. 50-55.

51. Государственный каталог пестицидов и агрохимикатов, разрешенных к применению на территории Российской Федерации. Москва, 2023. 368 с.

52. Гиббс А., Харрисон Б. Основы вирусологии растений. Москва: Мир, 1978. 430 с.

53. Павловская Н.Е., Солохина И.Ю., Лушников А.В. Создание тест-систем для идентификации фитопатогенов методом твердофазного иммуноферментного анализа // Биология в сельском хозяйстве. 2015. № 4 (9). С. 7-11. EDN: XAMBXP

54. Павловская Н.Е., Гнеушева И.А., Солохина И.Ю. Практические рекомендации по использованию методов довизуальной диагностики вирусных заболеваний овощной продукции. Москва, 2017. 40 с.

55. Долженко В.И., Лаптиев А.Б., Буркова Л.А., Долженко О.В. и др. Методические указания по регистрационным испытаниям пестицидов в части биологической эффективности. Москва, 2018. 61 с.

56. Воронина Э.Г., Гиндина Г.М., Новикова И.И., Мукамолова Т.Ю. Методика испытания микоафидина Т в лабораторных, полевых и производственных условиях. Ленинград: ВИЗР, 1988. С. 9-13

57. Henderson C.F., Tilton E.W. Tests with acaricides against the brow wheat mite. Journal of Economic Entomology, 1955:48

58. Долженко В.И., Сухорученко Г.И., Буркова Л.А., Лаптиев А.Б. и др. Методические указания по регистрационным испытаниям инсектицидов, акарицидов, моллюскоцидов и родентицидов в сельском хозяйстве. Москва: Росинформагротех, 2022. 508 с.

59. Урбах В.Ю. Статистический анализ в биологических и медицинских исследованиях. Москва: Медицина, 1975. 297 с.

60. Marzieh E.-Z., Roohallah S.R., Mika T.Т. Actinobacteria as effective biocontrol agents against plant pathogens, an overview on their role in eliciting plant defense. Microorganisms. 2022;10(9):1739. https://doi.org/10.3390/microorganisms10091739

61. Gaber A.A., Saleh M.M., Ahmed A. Induction of plant resistance against Tobacco Mosaic Virus using the biocontrol agent Streptomyces cellulosae isolate Actino 48. Agronomy. 2020;10:1620. https://doi.org/10.3390/agronomy10111620

62. Ara I., Bukhari N.A., Aref N.M., Shinwari M.M.A. et al. Antiviral activities of streptomycetes against tobacco mosaic virus (TMV) in Datura plant: Evaluation of different organic compounds in their metabolites. African Journal of Biotechnology. 2012;11:2130-2138. https://doi.org/10.5897/AJB11.3388

63. Chen J., Liu H., Xia Z., Zhao X. et al. Purification and structural analysis of the effective anti-TMV compound ε-poly-L-lysine produced by Streptomyces ahygroscopicus. Molecules. 2019;24:1156. https://doi.org/10.3390/molecules24061156

64. Li Y., Guo Q., Li Y., Sun Y., et al. Streptomyces pactum Act12 controls tomato yellow leaf curl virus disease and alters rhizosphere microbial communities. Biology and Fertility of Soils. 2019;55:149-169. https://doi.org/10.1007/s00374-019-01339-w

65. Abdel-Moneim M.G. Induction of systemic acquired resistance in cucumber plant against Cucumber Mosaic Cucumovirus by local Streptomyces strains. Plant Pathology Journal. 2006;5:343-349. https://doi.org/10.3923/ppj.2006.343.349

66. Shafie R.M., Hamed A.H., El-Sharkawy H.H.A. Inducing systemic resistance against Сucumber Mosaic Cucumovirus using Streptomyces spp. Egyptian Journal of Phytopathology. 2016;44:127-142. https://doi.org/10.21608/ejp.2016.91931

67. Cushnie T.P., Cushnie B., Lamb A.J. Alkaloids: an overview of their antibacterial, antibiotic-enhancing and antivirulence activities. International Journa of Antimicrobial Agents. 2014;44(5):377-386. https://doi.org/10.1016/j.ijantimicag.2014.06.001

68. Chowański S., Adamski Z., Marciniak P., Rosiński G. et al. AReview of bioinsecticidal activity of solanaceae alkaloids. Toxins. 2016;8:60. https://doi.org/10.3390/toxins8030060

69. Benslama O. Bioinsecticidal activity of actinomycete secondary metabolites against the acetylcholinesterase of the legume’s insect pest Acyrthosiphon pisum: a computational study. Journal of Genetic Engineering and Biotechnology. 2022;20:158. https://doi.org/10.1186/s43141-022-00442-0

70. Raveh A., Delekta P.C., Dobry C.J., Peng W. et al. Discovery of potent broad spectrum antivirals derived from marine actinobacteria. PLoS One. 2013;5.8(12):82318. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0082318