Статья - Гелла

1
ФЛОРАВИТ-3Р – пептидный биорегулятор роста и развития
растений.
С.Л. Белопухов1, И.И. Дмитревская1, А.И. Григораш2
1.ФГБУ ВПО РГАУ-МСХА имени К.А. Тимирязева
2.ООО «Гелла-Фарма», Москва.
Все более актуальной проблемой последних десятилетий является вопрос
экологической безопасности. Достигнутые успехи в изучении живых систем
показали огромность проблем стоящих перед современной наукой. В первую
очередь это касается изучения вопросов взаимосвязанности метаболических
процессов в целостной и неразрывной системе растение – микроорганизмы и
разработка адекватных средств и методов влияния на эти процессы.
Микроорганизмы осуществляют превращение (окисление, восстановление)
ряда неорганических соединений, переводя их в более или, наоборот, менее
усвояемую форму. Чрезвычайно полезное значение имеет усвоение азота
атмосферы микроорганизмами, что является почти единственным источником
азотистых соединений в почве. Важной особенностью микроорганизмов
является выделение ряда биотических веществ (витамины, гормоны), которые
способствуют росту высшего растения. Многие высшие растения живут в
симбиозе с грибами, образуя микоризу, или грибокорень. На надземных органах
растений развивается эпифитная микрофлора. Ее микроорганизмы способствуют
росту высшего растения, в данном случае путем снабжения их гормональными
веществами. В целом рост высших растений возможен на минеральной
питательной среде в стерильных условиях. Однако в присутствии
микроорганизмов он идет более интенсивно. Даже при полной обеспеченности
всеми питательными веществами в стерильных условиях темпы роста растений
снижаются. Исследования природных микробиоценозов, выполненные в
последние 10-15 лет показали, что метаболические процессы, протекающие в
экосистеме
растение-микроорганизмы
имеют
значительно
большую
взаимозависимость и биосинергетическую взаимообусловленность чем
представлялось ранее.
Эндосимбиотические сообщества микроорганизмов распределены по
разным органам и тканям, образуя с растением-хозяином динамически
устойчивое взаимовыгодное (мутуалистическое) взаимодействие на всех этапах
его роста и развития. Концепция микробиома, изначально предложенная J.
Lederberg с соавт1 для характеристики совокупного генома микрофлоры
животных и человека, может быть с полным основанием распространена на
растительный мир. Следуя этой концепции можно предположить, что основные
участники поддержания устойчивого роста и развития растительной экосистемы
должны продуцировать
вторичные метаболиты отвечающие за их
мутуалистическое взаимодействие. В пользу этого предположения указывали
L e d e r b e r g J., M c C r a y A.T. «Ome sweet» omics — a genealogical treasury of words.
Scientist, 2001, 15: 8.
1
2
также и результаты, полученные при исследовании симбиогенеза растительных
экосистем2.
Почва представляет собой благоприятную среду для развития
микроорганизмов. Приблизительные подсчеты показывают, что в 1 г почвы
содержится 109 бактерий, 105 грибов, 103 водорослей. Суммарная масса всех
микроорганизмов в пахотном слое составляет примерно 6—7 т на 1 га.
Естественно, такое колоссальное количество живых организмов оказывает
многообразное и разностороннее влияние на процессы, происходящие в почве, и
на жизнь высших растений. Особенно много микроорганизмов развивается
около корневых систем — ризосферные микроорганизмы. Число
микроорганизмов в прикорневой зоне в 50—100 раз превышает их число вне
сферы влияния корневых систем. Это и понятно, так как благодаря выделениям
около корневых систем создаются благоприятные условия для их питания.
Поскольку корневые выделения различны у разных растений, ризосферные
микроорганизмы тоже специфичны. Под влиянием микроорганизмов происходят
как нежелательные процессы, так и полезные. Микроорганизмы могут вызывать
заболевания растений и накопление некоторых токсичных веществ, выступать
как конкуренты высших растений, поглощая усвояемые питательные вещества.
Вместе с тем микроорганизмы участвуют в минерализации органических
веществ, переводя их в усвояемую форму. В этой связи органическое вещество
почвы является важнейшим резервом питательных веществ для растений.
Видовое разнообразие почвенных симбиотических микроорганизмов велико
(а большинство и не высеваются in vitro) эффект применения при внесении в
почву средств содержащих искусственно выращенные микроорганизмы будет
определяться степенью близости используемых штаммов. Выраженной
направленностью
действия
метаболитов
продуцируемых
этими
микроорганизмами. А также динамической сбалансированностью текущих
потребностей в метаболитах всеми звеньями симбиотического сообщества и
растения3. По этой причине эффект от применения подобных препаратов чаще
всего имеет неустойчивый характер. Также возникают вопросы к безопасности
применения подобных препаратов для животных и людей.
Таким образом, нетрудно видеть, что действие каждого из подобных
препаратов, направленное на тот или иной фрагмент экосистемы недооценивает
того обстоятельства, что каждый из фрагментов являясь элементом
экологического сообщества сам представляет собой сложную экосистему,
обладающую не только определенной автономией, но и при этом является
участником
формирования системно-функциональной целостности всей
экосистемы. По мере роста и развития растения естественно изменяется уровень
2
СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ МИКРОБИОЛОГИЯ КАК ОСНОВА ЭКОЛОГИЧЕСКИ УСТОЙЧИВОГО АГРОПРОИЗВОДСТВА:
ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ АСПЕКТЫ …» И.А. ТИХОНОВИЧ, Н.А. ПРОВОРОВ.
P o p o v a L.Yu., L o b o v a T.I., K r y l o v a T.Yu. e.a. Population dynamics of microorganisms
in the different microecosystem conditions. Adv. Space Res., 2001, 27: 1571-1579.
К у п р и я н о в А.А., С е м е н о в А.М., В а н Б р у г г е н А.Х.К. Перемещение
энтеропатогенных и сапротрофных бактерий в цикле экониш: животные—экскременты—
почва—растения—животные. Изв. РАН, сер. биол., 2010, 3: 318-323.)
3
3
структурно-функциональной
целостности
экосистемы
растение
симбиотические микроорганизмы.
Оптимальным решением для биорегулирования роста и развития растения
представляются препараты, которые бы содержали в качестве действующих
агентов биологически активные вещества сбалансированно воздействующие как
на развитие микроорганизмов, так и растение. При этом, пользуясь медицинской
терминалогией, воздействовали бы согласованно как на иммунную,
эндокринную и нервную системы растения – хозяина, так и на соответствующие
системы микробиома (почвенные микроорганизмы, эпифитная микрофлора).
Для исследований в качестве биорегулятора роста и развития растений была
выбрана кормовая добавка (КД) «ФЛОРАВИТ». Этот препарат имеет
доказанный широкий спектр действия как на микроорганизмы4 (in vivo, in vitro)
животных, так метаболизм животных в целом5. В качестве основных
действующих веществ содержит вторичные метаболиты мицелиального гриба
F.S. - в первую очередь низкомолекулярные белки и пептиды6. Живых клеток не
содержит. У действующих биологически активных веществ отсутствует тканевая
и видовая специфичность, безопасность для животных и людей доказана
клинически и практикой применения в форме БАД и КД в течение более чем 15
лет7. Препарат зарегистрирован и выпускается по промышленному регламенту.
Выполненные в РГАУ им. Тимирязева исследования препарата, в дальнейшем
зарегистрированное как биоорганическое микроудобрение ФЛОРАВИТ-3Р,
имели целью определить биорегулирующее влияние на рост и развитие растения
как результат системного воздействия на организм – хозяина (растение) и
почвенные и поверхностные симбионты рис 1.
4
Патент РФ № 2482175, 14.09. 2011г «Способ получения стимулятора роста
микроорганизмов».
5
Григораш А.И., Воробьева Г.И., Кудрявцев А.Е., Лоенко Н.Н., Погорельская Л.В., Бредихина
Н.А.
«Биосинергетики
–
биорегуляторы
метаболизма
широкого
действия.»
Иммунопатология, Аллергология, Инфектология 2009г., № 2, стр 171.
6
Богданов В.В., Фаткулина Э.Ф., Григораш А.И., Ямскова В.П., Ямсков И.А. «Биорегуляторы
новой группы, выделенные из среды культивирования гриба Fusarium sambucinum», Москва
2012г, Тезисы докладов 3-го съезда микологов России, Раздел 17, Грибные биотехнологии,
стр 369.
7
Л.В. Погорельская, А.Е. Кудрявцев, В.Ф. Кузнецов, А.И. Григораш. «Биорегуляторы
формирования микробно-иммунологической устойчивости». Ж. Эпидемиология и
инфекционные болезни. Актуальные вопросы, №5, 2013г..
4
На рисунке показано, что при обработке биоорганическими микроудобрениями
экзопептиды биорегулятора активизируют развитие естественной прикорневой
Эндогенные
регуляторные
пептиды
(эРП)
растения хозяина
Надземные мутуалистические
симбионты микробиома растений
(микробиогенные регуляторные
пептиды-мРП)
Прикорневые
мутуалистические
симбионты
микробиома
растений
(микробиогенные
регуляторные
пептиды-мРП)
Микориза,
клубеньковые
симбионты
организма-хозяина
Экзогенные пептиды биорегулятора роста
и развития растений ФЛОРАВИТ®-3Р
Рис 1. Структурная схема органов мишеней для экзопептидов
биорегулятора ФЛОРАВИТ®-3Р .
и эпифитной микрофлоры, а также развитие микоризы и клубеньковых бактерий.
При транслокации во внутренние отделы организма экзопептиды биорегулятора
способствуют реализации генетического потенциала растения. Отсутствие
деформаций в программе развития растения позволяет утверждать именно об
сбалансированном характере биорегулирования в системе организм-хозяина –
микроорганизмы. Полученные прямые и косвенные результаты исследований
подтвердили сформулированную гипотезу о принципиальной осуществимости
системного биорегулирующего воздействия на рост и развития растений с целью
практической организации эффективного агроэкологического земледелия8.
Применение разработанного биоорганического микроудобрения показало
высокую эффективность его применения. Повышение урожайности, в
зависимости от выращиваемых культур составило +10-40% урожая.
8
Патент РФ № 2525266, 15.04.2013г «Способ выращивания льна-долгунца»,
Патент РФ № 2535143, 04.07.2013г «Способ выращивания льна масличного»,
Патент РФ № 2539802, 27.12. 2013г «Способ выращивания ячменя»,
Патент РФ № 2543812, 03.12.2013г «Способ стимулирования роста и развития
эфиромасличных растений».