Повышение стойкости растений винограда с помощью микробных агентов: роль триходермы и фитогормонов

Древнее искусство виноградарства, культивирование виноградной лозы, постоянно сталкивается с множеством вызовов. От разрушительных болезней, таких как мучнистая роса и ботритис, до постоянно растущего давления изменения климата – включая засухи, волны жары и внезапные заморозки – виноградари постоянно ищут инновационные и устойчивые решения. Десятилетиями синтетические фунгициды и удобрения были основными инструментами в их арсенале. Однако растущие опасения по поводу воздействия на окружающую среду, потребительский спрос на более чистую продукцию и появление патогенов, устойчивых к пестицидам, стимулируют значительный сдвиг в сторону биологических и экологически чистых подходов. Среди наиболее перспективных направлений лежит стратегическое использование микробных агентов, в частности, некоторых видов замечательного гриба Триходерма. Далеко не просто подавляя болезни, эти микроскопические союзники оказываются мощными архитекторами стойкости растений винограда, способствуя внутренней способности лозы процветать в неблагоприятных условиях.

Использование триходермы: грибной источник силы для здоровья лозы

Триходерма – это род повсеместно распространенных грибов, встречающихся почти во всех почвах и процветающих в разнообразных средах. Будучи невидимыми невооруженным глазом, их микроскопические сети, известные как гифы, образуют сложные взаимоотношения с корнями растений. Для виноградарей некоторые виды Триходермы являются не просто безобидными обитателями; они являются активными благодетелями. Исследователи выявили специфические штаммы, которые предлагают многогранные преимущества, выходя за рамки прямого биоконтроля патогенов – роли, за которую Триходерма уже известна – и активно улучшая врожденную силу и долговечность лозы. Эти преимущества проистекают из сложного биологического взаимодействия между грибом и растением, что приводит к более здоровой, крепкой виноградной лозе, менее зависимой от внешних химических воздействий.

Улучшение продвижения роста растений (pgp) и поглощения питательных веществ у виноградных лоз

Одним из наиболее заметных преимуществ Триходермы является ее выдающаяся способность действовать как мощный агент продвижения роста растений (PGP), напрямую влияя на жизненную силу и развитие виноградных лоз. При внесении в почву или непосредственно на корни, штаммы Триходермы колонизируют ризосферу – узкую зону почвы, непосредственно подверженную влиянию корневых выделений. В этих симбиотических отношениях Триходерма активно работает над улучшением архитектуры корней, что приводит к созданию более обширных и сложных корневых систем. Большая корневая сеть напрямую трансформируется в улучшенный доступ к воде и питательным веществам из почвы, делая лозу более эффективной в поглощении необходимых элементов.

В частности, виды Триходермы очень эффективно способствуют поглощению питательных веществ. Они достигают этого с помощью нескольких оригинальных механизмов. Например, многие почвы содержат обильное количество фосфора, но часто в формах (например, нерастворимых фосфатах), которые недоступны для растений. Грибы Триходермы выделяют органические кислоты (например, глюконовую кислоту, лимонную кислоту) и ферменты, называемые фосфатазами. Фосфатазы действуют как молекулярные ножницы, расщепляя сложные органические фосфорные соединения и делая неорганические фосфаты растворимыми и доступными для лозы. Аналогично, железо, жизненно важное для фотосинтеза, может стать недоступным в щелочных почвах. Триходерма производит специализированные молекулы, называемые сидерофорами, которые являются высокоаффинными хелатирующими соединениями железа. Эти сидерофоры связываются с железом, делая его растворимым и транспортабельным для поглощения лозой. Помимо фосфора и железа, Триходерма также может улучшать доступность и поглощение других важнейших макроэлементов, таких как азот, калий и магний. Кумулятивный эффект этих действий заключается в том, что лоза обладает превосходным питательным статусом, что приводит к более энергичному росту побегов, улучшенному развитию листового покрова и, в конечном итоге, к лучшему завязыванию плодов и потенциалу урожая.

Подготовка защиты: роль индуцированного системного сопротивления (isr) в стойкости растений

Помимо прямой пользы для питания, виды Триходермы являются мастерами в повышении внутренней стойкости растений виноградной лозы к различным стрессорам, в частности, к патогенам. Они достигают этого, запуская феномен, известный как индуцированное системное сопротивление (ISR). В отличие от системной приобретенной устойчивости (SAR), которая обычно активируется локализованной атакой патогена и обеспечивает широкий спектр сопротивления, ISR запускается полезными микробами, колонизирующими корни, не вызывая при этом заболевания. Оно подготавливает защитные механизмы растения, приводя их в состояние повышенной готовности, чтобы они могли дать более быструю и сильную реакцию, когда возникает реальная угроза.

Как этот микроскопический гриб достигает такого сложного результата? Когда Триходерма колонизирует корни виноградной лозы, она выделяет различные молекулы, включая специфические компоненты клеточной стенки (например, хитиновые олигомеры) и небольшие пептиды, часто называемые эффекторами. Корневые клетки лозы распознают эти молекулы как «сигналы опасности» или «микробо-ассоциированные молекулярные паттерны» (MAMPs), хотя Триходерма является полезной. Это распознавание инициирует сложные сигнальные пути внутри растения, в основном с участием фитогормонов жасмоновой кислоты и этилена. Эти пути действуют как внутренняя система оповещения, распространяя сигнал по всей лозе, от корней до побегов и листьев. Такая системная подготовка означает, что лоза начинает превентивно укреплять свои клеточные защитные механизмы, например, путем отложения лигнина для укрепления клеточных стенок или накопления антимикробных соединений, называемых фитоалексинами. Когда настоящий патоген, такой как Botrytis cinerea (вызывающий серую гниль) или Erysiphe necator (вызывающий мучнистую росу), впоследствии атакует, предварительно активированная защитная система обработанной Триходермой лозы реагирует гораздо быстрее и энергичнее, ограничивая распространение и тяжесть заболевания. Эта молекулярная «вакцинация» делает лозу по своей природе более устойчивой к широкому спектру грибковых и даже некоторым бактериальным инфекциям.

Борьба с экологическими стрессами: стресс-терпимость и фитогормоны

Помимо укрепления защиты от патогенов, Триходерма также играет решающую роль в повышении стресс-терпимости виноградной лозы к ряду абиотических (неживых) экологических проблем. Виноградные лозы, как и все сельскохозяйственные культуры, чувствительны к таким стрессам, как засуха, засоление, экстремальные температуры (как жара, так и холод) и даже токсичность тяжелых металлов в почве. Триходерма помогает лозе справляться с этими неблагоприятными условиями, обеспечивая большую стабильность урожая и качества.

Ключевой механизм, лежащий в основе этой улучшенной стресс-терпимости, включает модуляцию фитогормонов – собственных химических посредников растения, которые регулируют рост, развитие и реакции на стресс. Триходерма может производить или влиять на уровни различных фитогормонов внутри лозы. Например, они могут способствовать выработке ауксинов, которые жизненно важны для удлинения корней и образования корневых волосков, тем самым улучшая поглощение воды, что является критическим фактором во время засухи. Они также могут влиять на гиббереллины, воздействуя на удлинение стеблей и развитие плодов, и цитокинины, которые задерживают старение листьев и способствуют делению клеток. Кроме того, Триходерма может помочь лозе регулировать связанные со стрессом гормоны, такие как абсцизовая кислота (АБК) и этилен, обеспечивая сбалансированную реакцию на стресс, а не чрезмерную реакцию, которая могла бы ингибировать рост.

Помимо модуляции фитогормонов, Триходерма может также непосредственно способствовать снижению стресса. В условиях засухи или засоления Триходерма может помочь растению в осмотической адаптации, накапливая совместимые растворенные вещества (осмолиты), которые защищают клеточные структуры от повреждений. Они также усиливают активность антиоксидантных ферментов в лозе, таких как супероксиддисмутаза и каталаза, которые нейтрализуют вредные активные формы кислорода (АФК), накапливающиеся в стрессовых условиях и вызывающие окислительное повреждение. Активно снижая окислительный стресс и повышая эффективность использования воды, Триходерма позволяет виноградным лозам поддерживать физиологическую функцию и продуктивность даже при неоптимальных условиях окружающей среды, что приводит к более устойчивому и надежному винограднику.

Практическое применение и перспективы на будущее

Интеграция биопрепаратов Триходермы в винодельческие практики становится все более осуществимой. Эти полезные грибы могут применяться различными способами: в виде полива почвы или добавок, непосредственно в корневую зону для установления колонизации; в виде внекорневых опрыскиваний для защиты листьев и гроздей плодов; или в виде корневых ванн для молодых подвоев перед посадкой. Однако успех этих применений зависит от нескольких факторов, включая выбор правильного штамма Триходермы – поскольку эффективность часто является штаммоспецифичной и зависит от целевого заболевания, сорта винограда и преобладающих условий окружающей среды. Передовые технологии формулирования также имеют решающее значение для обеспечения жизнеспособности, стабильности и срока годности спор грибов, что позволяет практическое хранение и эффективное полевое применение.

Хотя Триходерма обладает огромным потенциалом, непрерывные исследования жизненно важны для полного раскрытия ее возможностей. Ученые изучают оптимизацию сроков применения, чтобы они совпадали с критическими стадиями роста лозы или ожидаемыми стрессовыми периодами. Также уделяется большое внимание пониманию сложных взаимодействий внутри всего микробиома виноградной лозы – сообщества микробов, живущих на растении и внутри него – для выявления синергетических комбинаций полезных организмов. Будущие достижения могут включать технологии точного применения, когда формулы Триходермы доставляются точно туда, где и когда они нужны, или даже генную инженерию штаммов Триходермы для усиления определенных полезных свойств. В конечном итоге, более широкое внедрение Триходермы и других микробных агентов представляет собой значительный шаг к более устойчивому, экологически безопасному и экономически жизнеспособному виноградарству, обеспечивая более здоровый виноград и вина в будущем с уменьшенным следом химических веществ.

• 
  Автор: Виктор Тодосийчук
  Магистр агрономии, Национальный университет биоресурсов и природопользования Украины