Конкурентные отношения плесневых грибов и бактерий Bacillus subtilis

Цель исследования: Изучение конкурентных отношений плесневых грибов и бактерий Bacillus subtilis в питательных средах.

Задачи:

1. Вырастить и сравнить плесневые грибы на различных субстратах;
2. Посеять плесневые грибы и бактерии Bacillus subtilis на питательной среде;
3. Сравнить участки, занятые бактериями и плесневыми грибами и определить доминирующий микроорганизм;
4. Изучить практическую значимость исследования конкурентных отношений бактерий Bacillus subtilis и плесневых грибов.

Актуальность темы: Интерес вызывает использование штаммов Bacillus subtilis в сельском хозяйстве, например, в качестве пробиотической добавки в корм для скота или стимуляторов роста культурных растений. Сенная палочка — это повсеместно распространенная аэробная бактерия, обитающая в первую очередь в почве, а также в воде, в воздухе (в составе пыли) и на поверхности растений. Бактерия является постоянным обитателем кишечника человека и животных. Плесневые грибы предпочитают теплые, влажные места с обилием питательных веществ (разлагающиеся растения, продукты, влажные стены), играя ключевую роль в разложении органики и почвообразовании.

Конкурентные взаимоотношения бактерий Bacillus subtilis и плесневых грибов интересны для изучения, так как показывают связь строения организма и его приспособленности к определенным условиям среды.

Методологические основы исследования: Методология исследования включает практическую работу в лаборатории и анализ зарубежных и отечественных теоретических материалов, с целью выявления типологии, особенностей и отношений данных микроорганизмов.

Характеристика бактерий и грибов.

В исследовании использовались плесневые грибы и бактерии Bacillus subtilis. Плесневые грибы — это микроскопические, колониеобразующие организмы. Чтобы питаться, они выделяют ферменты - особые химические вещества, которые позволяют грибам расщеплять различные материалы до около жидкого состояния и, впоследствии поглощать. Размножаются грибы в основном с помощью спор - микроскопических, летучих структур, действующих аналогично семенам - при попадании в подходящую среду они прорастают. Также (для успешной конкуренции и защиты) плесневые грибы способны выделять микотоксины - химические вещества, способные уничтожить другой микроорганизм.

Бактерии Bacillus subtilis (также известных как сенная палочка) - вид почвенных бактерий. Данная бактерия способна преобразовываться в бактериальные споры — это структуры, способные выдерживать самые экстремальные условия (высокие и низкие температуры, отсутствие воды, определённую дозу радиации и так далее) и которые впоследствии способны снова образовываться в полноценную бактерию.

Микробные препараты, в состав которых входят бактерии рода Bacillus, производятся во всем мире и используются как защита растений от вредных микроорганизмов, повреждающих растения [1].  Они применяются в различных направлениях растениеводства в качестве средств защиты растений от различных патогенов (насекомых-вредителей, грибов, бактерий и вирусов) [2].

Подготовка субстратов к практической части исследования (фото1 и 2).

Фото 1. Субстраты, помещённые в контейнеры для роста плесени

Фото 2. Контейнеры с субстратами, помещённые в специальную коробку

Результаты выращивания плесневых грибов.

Чтобы рассмотреть конкуренцию бактерий и грибов, нужны были сами грибы. Чтобы их вырастить, мы выбрали субстраты и поместили их в пластиковые, пропускающие воздух, контейнеры. Через определённое количество дней, разные субстраты покрылись различными плесенями, а именно:

Таблица 1. Результаты выращивания плесневых грибов на продуктах питания

При анализе субстратов для роста плесени выявили, что больше всего плесени выросло на банане (фото 3), лимоне (фото 4), апельсине (фото 5), помидоре (фото 6).

 Фото 3. Банан 

 Фото 4. Лимон 

 Фото 5. Апельсин 

Фото 6. Помидор

Среднее количество плесени выросло на груше (фото 7) и маленькое на черном хлебе (фото 8).

Фото 7. Груша 

 Фото 8. Черный хлеб 

Меньше всего плесени на яблоках (фото 9). Яблоки быстро теряют влагу, об этом свидетельствуют крайне малочисленные колонии плесени, даже в подходящих условиях - при хорошей циркуляции воздуха.

 Фото 9. Яблоки 

Плесень не выросла на винограде (Фото 10).

Фото 10. Виноград

Не выросла плесень на сладкой булке (Фото 11).

Фото 11. Булка

На сметане плесень не выросла (Фото 12). В среднестатистических условиях кисломолочные продукты, с большим содержанием жира и углеводов, а также сахара, чаще всего заражаются бактериями гниения, а не плесневыми грибами.

 Фото 12. Сметана 

Далее мы собрали и поместили мицелий различных плесеней в пять чашек Петри (фото 13). Бактерии Bacillus subtilis также поместили в чашки Петри. Каждой чашке мы дали номер, а также, каждую чашку разделили на 6 секторов.

В 1-ые, 3-ые и 5-ые сектора мы посеяли бактерии, а во 2-ые, 4-ые и 6-ые – споры и мицелий плесневых грибов. При этом использовали нанесение штриховым методом. В первой чашке Петри посеяли плесень Mucor, во второй чашке Петри посеяли Penicillium, в третьей – Aspergillus, в четвертой плесень белого цвета, в пятой чашке плесень темного цвета.

Впоследствии мы следили за распространением плесени и грибов и отмечали, насколько бактерии или мицелий плесневых грибов выходили за пределы сектора, в который были помещены изначально.

Фото 13. 5 чашек Петри 

1 чашка Петри (фото 14) – плесень предположительно рода Mucor:

2 сектор: плесень, собранная с апельсина. Мицелиальная структура в виде белой паутины, выходящей за границы своего сектора. 4 сектор: плесень, собранная с банана. Мицелиальная структура в виде белой паутины с жёлтыми вкраплениями, выходящей за границы своего сектора. 6 сектор: плесень, собранная с яблока. Мицелий в виде белой, местами розоватой паутины, выходящей за границы своего сектора, занимал 1/3 чужого.

Фото 14. 1 чашка Петри

 2 чашка Петри (фото 15) – плесень, предположительно рода Penicillium:

2 сектор: плесень, собранная с груши. Мицелий представляет из себя белозелёные окружные колонии, очень сильно вытесненные бактериями.
4 сектор: плесень, собранная с помидора. Мицелий представляет из себя белозелёную паутину, скапливающуюся очагами. 6 сектор: плесень, собранная с апельсина. Мицелиальная структура в виде нескольких крупных очагов в центре сектора, за пределы которого мицелий практически не выходит.

          Фото 15. 2 чашка Петри

3 чашка Петри (фото 16) – плесень, предположительно рода Aspergillus: 2 сектор: плесень, собранная с помидора. 4 сектор: плесень, собранная с лимона. 6 сектор: плесень, собранная с банана.

Фото 16. 3 чашка Петри

4 чашка Петри (фото 17) – плесень неизвестного рода, с характерными белыми выростами:

2 сектор: плесень, собранная с груши. 4 сектор: плесень, собранная с груши. 6 сектор: плесень, собранная с груши.

Фото 17. 4 чашка Петри

5 чашка Петри (фото 18) – плесень неизвестного рода характерного тёмного цвета: 2 сектор: плесень, собранная с груши. 4 сектор: плесень, собранная с груши. 6 сектор: плесень, собранная с груши.

Фото 18. 5 чашка Петри

Результаты

В ходе исследования были получены следующие результаты:

В первой чашке Петри: мицелий грибов заходит в секторы бактерий на 1 см, а также растет между бактериями или по краю сектора. Бактерии также проникают в секторы грибов, образуя участки между мицелием.

Во второй чашке Петри: мицелий грибов разросся. На мицелии видны органы спороношения темного цвета. Грибы заходят в секторы бактерий на 1-2 см. Бактерии образуют крупные участки в своих секторах. Также бактерии образовали небольшие участки в секторах грибов.

В третьей чашке Петри: мицелий активно распространился только в одном секторе. В двух других небольшие участки, но со структурами спорообразования. Бактерии заходят в секторы грибов, покрывая небольшие участки. Бактерии активно прорастают в своих секторах.

В четвёртой чашке Петри: Мицелий грибов в своих секторах. Наблюдается спорообразование. Соседние с бактериями сектора мицелий покрывает незначительно. Бактерии в своих секторах активно растут. В соседних секторах, где растут плесени, бактерии покрыли небольшие участки. В один сектор бактерии проникли в большом количестве.

В пятой чашке Петри: В своих секторах мицелий обильно разросся. Происходит обильное спорообразование. В сектора бактерии проникают незначительно. Бактерии образуют масштабные участки в своих секторах. В секторах грибов бактерии заняли небольшие участки.

Выводы

1. Несмотря на весьма популярную тенденцию доминирования плесневых грибов во взаимоотношениях микроорганизмов «Бактерия – Гриб», в нашем исследовании бактерии Bacillus subtilis очень эффективно конкурируют с самыми различными плесневыми грибами в равных условиях.

2. Бактерии Bacillus subtilis не занимают большую часть территории и образуют очень узкие участки по линиям нанесения бактерий, иногда заходят в плесневые секторы, в свою очередь практически любые плесени занимают большую часть доступной территории с помощью массивных мицелиальных структур.

3.  Наилучшие субстраты для роста плесени - лимон, помидор, апельсин, банан. Среднее количество плесени выросло на груше и малое на черном хлебе. Меньше всего плесени на яблоках.

Заключение

Исследование показало, что бактерии Bacillus subtilis очень эффективно конкурируют с самыми различными плесневыми грибами.

Полученные результаты могут быть использованы при создании микробиологических препаратов с содержанием Bacillus subtilis. Представители рода Bacillus входят в состав биопрепаратов фитопатогенного (противовирусного, антибактериального или антифунгального) действия, они также эффективны для создания биоудобрений.

1. Штерншис М. В. и др. Биопрепараты на основе бактерий рода bacillus для управления здоровьем растений; М-во сельского хоз-ва Российской Федерации, Новосибирский гос. аграрный ун-т. — Новосибирск: Изд-во Сибирского отд-ния Российской акад. наук, 2016. — 231, [1] с.: ил., табл.: 21 см.; ISBN 978-5-7692-1496-7.                                                                                     
2. Ерегина, С.В., Кузнецова, М.М. Потенциал использования микроорганизмов рода Bacillus в растениеводстве // Известия Санкт-Петербургского государственного аграрного университета. - 2024. - N° 3 (77). - С. 19-35. - DOI: 10.24411/2078- 1318-2024-3-19-35
3. Тахтаджян А.Л. «Мир растений» Научное издание в 7 томах. 

Том 2 «Грибы» /под ред. М.В.Горленко – 2-е издание. «Просвещение» 1991 – 475с.

4. Нетрусов А.И. «Микробиология»: учебник для студ. высших учебных заведений/А.И. Нетрусов, И.Б.  Котова, 3-е изд., испр. – М.: Издательский центр «Академия», 2009г. -352 стр.
5. «Аванта +». Энциклопедия для детей. Биология. Том 2. М.: Аванта+, 1996. — 704 с.
6. Решетникова АИ., Тарабукина А.Б., Нустроев М.П. Питательная среда для культивирования пробиотического штамма бактерии bacillus subtilis тнп-3    URL:https://cyberleninka.ru/article/n/pitatelnaya-sreda-dlya-kultivirovaniya-probioticheskogo-shtamma-bakterii-bacillus-subtilis-tnp-3
7. Штабнов Н.С., Солдатов А.Ю., Шкуро Ф.Е., Артемов А.В. Микромицеты, применяемые для оценки полимерных материалов на стойкость к воздействию плесневых грибов // Эффективный ответ на современные вызовы с учетом взаимодействия человека и природы, человека и технологий = Effective reaction to modem challenges of the interaction between human and nature, human and technologies: материалы XVI между народной научно-технической конференции. Екатеринбург: УГЛТУ, 2025. С. 521−529. URL:Микромицеты, применяемые для оценки полимерных материалов на стойкость к воздействию плесневых грибов
8. Сидорова С.Г. Антифунгальная активность почвенных микроорганизмов в отношении возбудителя белой гнили моркови. Овощеводство. 2022; 30:147-159.
9. Наймарк Е. Статья Ископаемые грибы возрастом миллиард лет близки к точке расхождения грибов и животных [Электронный ресурс]/ научно-популярное издание «Элементы большой науки» 2019 URL:https://elementy.ru/novosti_nauki/433481/Iskopaemye_griby_vozrastom_milliard_let_blizki_k_tochke_raskhozhdeniya_gribov_i_zhivotnykh
10. Галлямова О. В., Черкасова С.А., Григоровская П.И. Bacillus subtilis [Электронный ресурс]/ научно-популярный справочник Пестициды.ru URL: Bacillus subtilis | справочник Пестициды.ru
11. Колосов П. Статья Грибы, вызывающие болезни, появились на Земле 600—550 млн лет назад [Электронный ресурс]/редакция издания СО РАН «Наука в Сибири» 2023г. URL:https://www.sbras.info/news/griby-vyzyvayuschie-bolezni-poyavilis-na-zemle-600-550-mln-let-nazad
12. Статья Грибы России. Гипотезы происхождения грибов. [Электронный ресурс]/ ПРИРОДА РОССИИ: СПРАВОЧНАЯ ИНФОРМАЦИЯ URL: http://old.forest.ru/rus/basics/fungi/m04gipot.htm