Mikrobiol. Z. 2020; 82(6):43-53.
doi: https://doi.org/10.15407/microbiolj82.06.043

Антимікробна дія наноаквацитратів ванадію і германію in vitro і їх
фізіологічний вплив на рослини пшениці in vivo

Г.Б. Гуляєва¹, І.П. Токовенко¹, Л.А. Пасічник¹, В.П. Патика¹, М.М.Богдан¹,
М.С. Харчук¹, В.І. Максін², М.В. Патика², В.Г. Каплуненко²

¹Інститут мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного НАН України
вул. Академіка Заболотного, 154, Київ, 03143, Україна

²Національний університет біоресурсів і природокористування України
вул. Героїв Оборони, 15, Київ, 03041, Україна

Фітопатогенні мікроорганізми бактеріальної і фітоплазмової природи, зокрема Pseudomonas syringae рv. atrofaciens і Acholeplasma laidlawii var. granulum, є збудниками хвороб злакових культурних рослин. У якості альтернативних сучасних заходів захисту від фітопатогенних мікроорганізмів розглядають наночастки та біологічно активні сполуки, створені за допомогою нанотехнологій. Відомими хімічними елементами з доведеними антимікробними властивостями є золото, срібло, мідь, магній, залізо, цинк, алюміній, церій, титан, кадмій, нікель. Недостатньо вивченими є антимікробна властивість германію та його цитратів, а також інших цитратів наночасток, у тому числі й ванадію. У зв’язку з цим інтерес викликає дослідження ефективності наноаквацитратів у якості антимікробних агентів, зокрема германію і ванадію. Маловивченим також є фізіологічий вплив наноаквацитратів ванадію і германію на рослини пшениці in vivo, як на стан й фотохімічну активність фотосинтетичного апарату, так і на активність супероксиддисмутази рослинних тканин. Мета. Метою нашої роботи було дослідження антимікробної дії розчинів наноаквацитратів ванадію і германію in vitro та їх фізіологічної дії на рослини пшениці in vivo. Методи. Acholeplasma laidlawii var. granulum 118 (УКМ ВМ-34) культивували на рідкому поживному середовищі СМ ІМВ–72 (рН 7,8) у термостаті за температури 32°С впродовж 72 год. Бактерії Pseudomonas syringae рv. atrofaciens Д13 культивували на картопляному агарі за температури 26–28°С в термостаті. Для штучного зараження рослин готували бактеріальну суспензію щільністю 1×10⁹ КУО/мл за стандартом мутності. У дослідах in vivo та in vitro застосовували розчини наноаквацитратів V (30 мг/дм³) і Ge (5 мг/дм³). Морфологічні ознаки клітин A. laidlawii var. granulum і P. syringae pv. atrofaciens за короткотривалої дії досліджуваних сполук, яка складала 15 хв вивчали за допомогою трансмісійного електронного мікроскопа JEOL JSM 1400, наносячи дослідні зразки на спеціальні металеві сіточки за методом ТЕМ. Рослини пшениці сорту Печерянка вирощували в польових умовах на ділянці загальною площею 50м², обробляючи рослини за схемою розчинами наноаквацитратів V (30 мг/дм³) і Ge (5 мг/дм³). У ґрунт перед посівом вносили Біопрепарат «Екстракон», який складається з інокульованого у торфоподібний субстрат природного консорціуму агрономічно-корисних мікроорганізмів. Штучне зараження фітоплазмою A. laidlawii var. granulum 118 проводили шляхом суб’єпідермальної ін’єкції (метод Клемента) у фенологічній фазі розвитку рослин пшениці – кущіння. Штучне зараження рослин бактеріальною суспензією штаму збудника базального бактеріозу пшениці – P. syringae pv. atrofaciens Д13 здійснювали шляхом ін’єкції бактеріальної суспензії у стебло у фазі трубкування. Повторюваність у експерименті – трьохкратна. Активність СОД визначали за здатністю фермента інгібувати фотохімічне відновлення нітросинього тетразолію. Визначення змін фотохімічної активності прапорцевого листка проводили методом індукції флюоресценції хлорофілу (ІФХ) за допомогою портативного приладу вітчизняного виробництва «Флоратест». Аналізували зміни величини наступних флюоресцентних параметрів: F_v/F_p і R_fd. Для статистичної обробки даних здійснювали розрахунки середнього арифметичного та його стандартної похибки. Результати. За допомогою електронної мікроскопії показано, що розчини наноаквацитратів V і Ge викликають цитологічні зміни клітин A. laidlawii var. granulum 118 і P. syringae рv. аtrofaciens за дії in vitro. У польових дослідженнях виявлено, що за дії різних заходів (зараження фітопатогенними мікроорганізмами, передпосівної обробки наноаквацитратами Ge і V, внесення у ґрунт БП Екстракону) в тканинах інфікованих листків пшениці відбувалось зростання активності СОД у різному ступені. У польових умовах in vivo за передпосівної обробки насіння пшениці наноаквацитратами V і Ge при комбінованому застосуванні консорціуму ґрунтових мікроорганізмів (Б.П. Екстракон) виявлено зменшення негативного впливу зараження A. laidlawii var. granulum 118 і P. syringae рv. аtrofaciens Д13 на стан й фотохімічну активність фотосинтетичного апарату Triticum aestivum за величиною квантової ефективності ФСІІ і асиміляційним коефіцієнтом R_fd. Такий вплив зазначених біологічно активних речовин обумовлений як антимікробною дією, так і активуванням системи антиоксидантного захисту рослинних клітин. Висновки. Встановлено, що за контакту клітин P. syringae pv. atrofaciens Д13 і A. laidlawii var. granulum 118 з розчинами наноаквацитратів Ge і V відбувалися цитоморфологічні зміни клітин, що призводило до втрати гомеостазу і їх загибелі. У польових дослідженнях показано збільшення активності супероксиддисмутази (СОД) в тканинах листків пшениці при застосуванні біологічно активних речовин у такій послідовності: передпосівна обробка насіння розчином наноаквацитратів Ge < передпосівна обробка насіння розчином наноаквацитратів V < B.P. Екстракон + передпосівна обробка насіння розчином наноаквацитратів Ge < B.P. Екстракон + передпосівна обробка насіння розчином наноаквацитратів V. Помічено значне підвищення активності СОД у листках пшениці (у фазі трубкування) в інфікованих фітопатогенними бактеріями рослинах і особливо – за фітоплазмового інфікування дослідних рослин. За передпосівної обробки розчинами наноаквацитратів як Ge, так і V у фазі кущіння виявлено істотне збільшення площі поверхні асиміляційного апарату рослин пшениці. Встановлено, що попередня обробка насіння пшениці розчинами наноаквацитратів Ge та V у поєднанні із застосуванням Екстракона інфікованих A. laidlawii var. granulum 118 і P. syringae pv. atrofaciens рослин пшениці підвищувала фотосинтетичну активність та поліпшувала стан фотосинтетичного апарату.

Ключові слова: A. laidlawii var. granulum, P. syringae рv. аtrofaciens, Triticum aestivum, наноаквацитрати, ванадій, германій, електронна мікроскопія, супероксиддисмутаза, індукція флюоресценції хлорофілу.

Повний текст (PDF, англ)