АННОТАЦИЯ диссертации на соискание ученой степени

АННОТАЦИЯ
диссертации на соискание ученой степени доктора философии (PhD) по
специальности 6D070100 – Биотехнология
Туралиевой Молдир Алибековны
Разработка биопрепарата против возбудителей заболеваний основных
видов дендрофлоры Южно-Казахстанской области, вызываемые
микромицетами и бактериями
Характеристика диссертационного исследования. В диссертации
рассматривается проблема создания биологического препарата против
фитопатогенных микроорганизмов - возбудителей гнили стволов вяза
мелколистного (Ulmus pumilla L.), основной лесообразующей породы
дендрофлоры Южного Казахстана.
Актуальность темы исследования. В современных условиях интенсивный
рост техногенной нагрузки на урбаноэкосистему является причиной снижения
основных показателей среды обитания человека. Дендрофлора являясь важным
компонентом всех урбаноэкосистем, выполняет роль ускорителя всех
биогеохимических процессов в почве и служит фильтром для очищения
атмосферного воздуха от токсичных соединений. Однако, поступательный рост
нагрузки на городскую экосистему неизменно приводит к возникновению
различного рода дендропаталогических проблем, вызванных абиотическими и
биотическими факторами. Увеличение концентрации токсичных соединений в
воздухе и в почве приводит к снижению жизненных показателей деревьев,
вызывая различного рода заболеваний физиологической природы. С другой
стороны, усиление процессов бесконтрольного завоза строительных материалов
растительного происхождения и стихийной интродукции новых видов растений
способствуют инвазии новых видов фитопатогенных организмов, которые
становятся причиной ухудшения фитосанитарного состояния древесных
сообществ в населенных пунктах.
Дендрофлора Южно-Казахстанской области представляет собой
эксклюзивное сообщество, состоящее более чем из 600 видов, сортов и
сортообразцов аборигенных и интродуцированных древесных пород.
Существующие древостои в этих сообществах хорошо адаптированы к
почвенно-климатическим условиям юга Казахстана и играют неоценимую роль
в регулировании микроклимата населенных пунктов в условиях аридного
климата. Однако, начиная с середины 90-х годов прошлого века началась
тенденция ухудшения дендропатологического состояния этих сообществ:
увеличилось число больных деревьев неизвестными ранее в регионе
заболеваниями, что приводит к полной гибели сооществ аборигенных видов
деревьев. Наиболее сильной деградации подверглись древостои вяза
мелколистного, который относится к числу основных лесообразующих пород.
В настоящее время это обстоятельство составляет одну из основных
экологических проблем юга Казахстана. Тем временем известно, что в условиях
урбаноэкосистемы общепринятые химические методы защиты растений не
применимы, что обосновывает необходимость разработки биологических
методов борьбы против фитопатогенных объектов. В связи с этим целью наших
исследований явилась разработка биологического препарата на основе
микроорганизмов – антагонистов фитопатогенов, возбудителей гнили стволов
вяза мелколистного.
Цель исследования – разработка биопрепарата на основе
сапрофитных микроорганизмов-антагонистов возбудителей гнили стволов вяза
мелколистного.
Для достижения цели исследований были поставлены следующие задачи:
- На основе результатов маршрутных и дендропатологических
исследований провести оценку экологического состояния дендрофлоры ЮжноКазахстанской области;
- Провести энтомологические и фитопатологические исследования для
выявления фитопатогенных организмов и на основе результатов
таксономических анализов определить их видовой состав;
- На основе результатов микробиологических исследований выделить
местные штаммы бактерий рода Bacillus, имеющие антагонистическую
активность против различных групп фитопатогенных микроорганизмов,
возбудителей гнили стволов вяза мелколистного;
- Изучение фунгицидной активности местных штаммов бактерий рода
Bacillus, выделение эффективных штаммов-антагонистов для разработки
биологического препарата против фитопатогенов и изучение степени их
патогенности и аллергогенности для организмов теплокровных животных и
человека;
- Провести генетическую идентификацию перспективных штаммовантагонистов методом ПЦР анализа и их депонирование в Республиканской
коллекции микроорганизмов (РКМ) РК;
- Разработка технологической схемы получения жидкой формы
биопрепарата и способов иммобилизации микроорганизмов-антагонистов в
разные субстраты;
- Испытание эффективности биопрепарата против фитопатогенов в
условиях лабораторных опытов в модельной системе – «фитопатогенантагонист» и дендрофлоры города Шымкент методом реинфекции.
Объекты исследования –дендрофлора Южно-Казахстанской области;
вредители и возбудители заболеваний аборигенных пород деревьев; штаммыантагонисты фитопатогенных микроорганизмов - сапрофитных микромицетов
и бактерий рода Bacillus thuringiensis; перспективный для разработки
биопрепарата местный штамм B. thuringiensis 4 ant, выделенный из почвенного
субстрата местности Шубарсу Южно-Казахстанской области.
Методы исследования – в исследованиях использовался ряд
общепринятых методик: оценка экологического состояния дендрофлоры
Южного Казахстана проводилась в маршрутных исследованиях, проведенных в
населенных пунктах Т. Рыскулов, Аксукент, Темирлановка, Чулак-Курган,
Чаян, Сузак и г. Шымкент, где учитывались степень поврежденности деревьев
вредителями, пораженности болезнями и оценивалось жизненное состояние
деревьев; выделение чистых культур микроорганизмов-фитопатогенов из
пораженных тканей деревьев; методы определения клеток высевом на плотные
питательные среды и определения антагонистической активности свободных и
иммобилизованных клеток штаммов, определения морфолого-культуральных
свойств микроорганизмов, генетическая идентификация бактерий и
микромицетов на основании анализа нуклеотидной последовательности 16S
rRNA и ITS гена ПЦР; степень патогенности и аллергогенности штаммовантагонистов определялись по общепринятым методам (Биргер М.О., 1982) в
Казахском институте питания (ТОО «Нутритест»); испытание эффективности
биопрепарата на основе штамма-антагониста проводилось в условиях
лабораторных опытов – в модельной системе «фитопатоген-антагонист», с
использованием чистых культур фитопатогенов и биопрепарата в чашках Петри
на твердой питательной среде МПА, полевое испытание биопрепарата
проводилось на живых деревьях вяза мелколистного путем реинфекции
деревьев чистой культурой фитопатогенов и применением биопрепарата.
Научная новизна исследования.
1.
Впервые
проведены
дендропатологические
исследования
урбанодендрофлоры Южного Казахстана на основе результатов которых
составлена оценка жизненного состояния аборигенных видов древесных пород,
выявлены причины ухудшения экологического состояния их сообществ,
установлены основные виды вредителей и возбудителей заболеваний.
2. Впервые установлено эпизоотийное развитие инвазивных видов
вредителей – Monochamus urussovi F., Monochamus sutor L., Acanthocinus aedelis
L., Cossus cossus L., Cetonia aureta L., Xanthogaleruca luteolа Muller. в условиях
дендрофлоры Южного Казахстана, которые являются распространителями спор
возбудетелей гнили стволов вяза мелколистного и других аборигенных пород
деревьев – Platanus orientalis L., Salex alba L., Populus alba L., Salex babilonica
L., Ulmus macrocarpa Hance., Populus nigra L. и Ulmus pumila L.
3. Впервые выделено 11 сапрофитных микроорганизмов-антагонистов
фитопатогенных объектов, из них идентифицированы 5 новых высоко
эффективных штаммов: Bacillus thuringiensis, Pseudomonas stutzeri,
Mycobacterium species, Rhodococcus equi, Rhizobium trifolii.
4. Впервые был выявлен местный штамм бактерий рода Bacillus - Bacillus
thuringiensis - 4 ant, проявляющий высокую антагонистическую активность
против возбудителей заболеваний стволов вяза мелколистного и ряда
аборигенных пород деревьев, также не патогенный для организмов
теплокровных
животных
и
человека.
Выявлено,
что
механизм
антагонистичесих свойств штамма связано с синтезом хитиназы.
5. На основе штамма бактерий B. thuringiensis - 4 ant B-RKM 0651 впервые
разработан эффективный биопрепарат «ЮКОБАК-ДЕНДРО» против
возбудителей заболеваний стволов вяза мелколистного: гнили стволов - родов
бактерий Xanthomonas sp., Pseudomonas sp.,. Erwinia sp.; возбудителей
заболеваний живых тканей флоэмы - родов микромицетов Penicillium sp.,
Mucor sp. и Fusarium sp. Эффективность применения биопрепарата против
возбудителей гнили стволов вяза мелколистного составляет 96,5±2,4%.
Положения, выносимые на защиту:
-Ухудшение экологического состояния урбанодендрофлоры Южного
Казахстана связано с широким распространением в регионе инвазивных видов
вредителей и возбудителей заболеваний стволов аборигенных видов деревьев –
- P. orientalis L., S. Alba L., P. alba L., S. Babilonica L, U. Macrocarpa Hance., P.
nigra L. и U. Pumila L.
- Основными
вредителями
деревьев
аборигенных
видов
и
распространителями спор возбудителей заболеваний гнили стволов вяза
мелколистного являются инвазивные вредители – M. urussovi F., M. sutor L., A.
aedelis L., C. cossus L., C. aureta L., X. luteolа Muller.
- Гибель деревьев вяза мелколистного происходит в результате
комплексного воздействия вредителей, которые повреждают стволы, также
распространяют и внедряют споры фитопатогенов в стволы деревьев, и
представители ряда родов фитопатогенных бактерий и микромицетов.
- Для организации биологической борьбы против фитопатогенных
объектов наиболее эффективными являются местные штаммы из группы
сапрофитных микроорганизмов-антагонистов, не обладающих патогенными
свойствами для организмов теплокровных животных и человека.
- Штамм бактерий B. thuringiensis - 4 ant B-RKM 0651 обладает высокой
фунгицидной активностью и является активным компонентом для разработки
биопрепарата против возбудителей заболеваний стволов вяза мелколистного.
Этот штамм бактерий генетически идентифицирован, депонирован в
Республиканской коллекции микроорганизмов и не обладает патогенным
свойством для организмов теплокровных животных и человека.
- Технологическая схема разработки жидкой формы биопрепарата
«ЮКОБАК-ДЕНДРО» включает следующие этапы: получение чистой культуры
бактерий B. thuringiensis - 4 ant B-RKM 0651; подбор компонентов питательной
среды для выращивания бактериальной массы; оптимизация параметров
температурного режима и рН среды; выращивание и активизация
бактериальной биомассы в ферментере; оценка жизнеспособности
вегетативных клеток и эндоспор и фунгицидной активности биопрепарата.
Эффективность
биопрепарата
«ЮКОБАК-ДЕНДРО»
против
возбудителей гнили стволов вяза мелколистного составляет 96,5±2,4%.
Теоретическое и практическое значение результатов исследований.
Результаты
исследований
по
выявлению
закономерностей
распространения инвазивных видов в условиях новой экологической ниши и по
оценке экологического состояния урбанодендрофлоры Южного Казахстана
представляют теоретическое значение в понимании динамики изменчивости
элементов урбаноэкосистемы в условиях высокой техногенной нагрузки.
Основные концептуальные положения и результаты исследований можно
использовать в подготовке спецкурсов учебного процесса докторантов,
магистрантов,
бакалавров
биологического,
биотехнологического,
сельскохозяйственного направлений, а также в разработке научных трудов,
учебников и учебно-методических пособий.
Практическим
результатом
проведенных
исследований
явился
разработанный биологический препарат «ЮКОБАК-ДЕНДРО», который
показал высокую эффективность и может быть использован для улучшения
фитосанитарного состояния дендрофлоры Южного Казахстана.
Публикация результатов исследований. По теме диссертации
опубликовано 23 научных работ, из них 9 статей и тезисов в зарубежных
международных семинарах и конференциях, 2 статья в журнале входящем в
международную базу данных Scopus, 6 статей, рекомендованных Комитетом по
контролю в сфере образования и науки МОН РК, 1 статья в журнале, входящем
в базу данных РИНЦ.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из
введения, 3 глав, использованной литературы и приложений, включает 120
страниц, 16 рисунков, 8 таблиц. Список литературы состоит из 293 источника.