Растительно-микробные взаимодействия в биологизированных агротехнологиях. Рубрика в журнале - Сельскохозяйственная биология
Статья научная
Симбиотическая эффективность (СЭ) клубеньковых бактерий (ризобий) характеризует их адаптивный потенциал и практическую значимость. Этот признак связан в первую очередь с фиксацией молекулярного азота (N2), которая осуществляется ризобиями в корневых клубеньках и контролируется генотипами обоих партнеров. Наибольшая интенсивность N2-фиксации характерна для быстрорастущих ризобий ( Rhizobium, Sinorhizobium ). Однако СЭ (влияние инокуляции ризобиями на биомассу растений) определяется многими генными системами ризобий, в том числе не участвующими в работе нитрогеназы, в связи с чем N2-фиксирующую активность и СЭ следует рассматривать как два разных симбиотических признака. Так, ризобии способны синтезировать биологически активные вещества (фитогормоны, витамины, люмихром), которые влияют на развитие растений-хозяев. Нашей целью было изучение влияния штаммов ризобий Sinorhizobium meliloti, активно фиксирующих N2, но контрастно различающихся по солеустойчивости, на показатели габитуса (соотношения различных морфометрических показателей) и продуктивности у многолетней тетраплоидной люцерны ( Medicago sativa L.) при действии солевого стресса, а также при мутациях микросимбионтов, снижающих СЭ. В работе использовали штаммы S. meliloti : 1021 (стандартный лабораторный штамм), СХМ1-188 (УФ-индуцированный мутант штамма СХМ1, обладающий повышенной СЭ) и СА67 (штамм, выделенный из почвы в Таджикистане). Кроме того, исследовали Tn5-индуцированные мутанты с пониженной СЭ - F (получен от штамма СА67 в настоящей работе) и GL1 (получен от штамма 1021 в университете г. Дальхаус, Канада). Семена люцерны посевной сорта Агния, устойчивого к эдафическим стрессам, были получены во Всероссийском НИИ кормов им. В.Р. Вильямса (г. Лобня, Московская обл.). Бобово-ризобиальный симбиоз изучали в микровегетационных опытах, анализируя различные морфометрические показатели (масса и длина побегов и корней) и их соотношения. Для анализа действия на СЭ солевого стресса люцерну выращивали на среде с добавлением 0,6 % NaCl. Показано, что в отсутствие стресса инокуляция всеми штаммами S. meliloti вызывала увеличение массы и длины побегов, однако длина корней люцерны снижалась. Это приводило к резкому изменению габитуса растений (соотношение длин побегов и корней возрастало в 2-3 раза), которое, по-видимому, обеспечивало высокую интенсивность их симбиотрофного развития. В условиях солевого стресса существенного изменения в соотношении длин побегов и корней при инокуляции ризобиями выявлено не было, однако соотношение массы побегов к их длине возрастало от 0,16-0,34 мг/мм до 0,52-0,68 мг/мм. У растений люцерны, инокулированных солечувствительным штаммом S. meliloti СА67 (не способен расти в присутствии 3 % NaCl), утрата СЭ сопровождалась удлинением побегов и корней соответственно на 36 и 79 %, хотя их масса не изменялась по сравнению с таковой у неинокулированных растений. У растений, инокулированных солеустойчивыми штаммами СХМ1-188 и 1021, при воздействии стресса СЭ сохранялась, однако стимулирующего действия ризобий на рост побегов и корней не обнаружили. Tn5-мутанты F и GL1, несмотря на сниженную СЭ, оказывали такое же влияние на габитус растений, как и родительские штаммы. В настоящей работе мы впервые показали, что проявление СЭ зависит от факторов двух типов - трофических (определяются интенсивностью симбиотической N2-фиксации) и регуляторных (предположительно связаны с модификациями гормонального статуса растений, влияющими на активность корневых и побеговых меристем). Генетические модификации регуляторной (ростстимулирующей) активности ризобий могут быть важным подходом для оптимизации симбиотрофного питания бобовых культур азотом, а также для их адаптации к эдафическим (осмотическим) стрессам.
Бесплатно
Статья научная
Используемый нами подход, предполагающий сочетание эндофитных и ризобактерий при разработке микробных препаратов для растениеводства, позволяет формировать самодостаточные растительно-микробные системы, повышая эффективность сельскохозяйственного производства и снижая экологическую нагрузку на окружающую среду. В статье представлены данные по свойствам перспективных штаммов эндофитных и ризобактерий и их эффективности в вегетационных и полевых опытах. Ризобактерии выделяли из корней растений томата ( Solanum lycopersicum L.) сорта Белла, эндофитные бактерии - из внутренних тканей стебля борщевика ( Heracleum sphondylium L.). Для видовой идентификации изучаемых штаммов бактерий определяли нуклеотидные последовательности гена 16S-рРНК, а также культурально-биохимические свойства. В вегетационных опытах использовали среднеспелый сорт салата ( Lactuca sativa L.) Ералаш и раннеспелый сорт редиса ( Raphanus sativus L.) Дуро. Показано, что штамм Bacillus subtilis TR6 был активен против всех тестируемых фитопатогенных грибов. Зоны ингибирования составляли 17,4-48,2 мм. Практически все исследуемые штаммы были способны продуцировать ауксины, кроме штамма TR7. Наибольшая продукция ауксинов наблюдалась у штаммов TR9 и TR1 - соответственно 12,3 и 20,1 мкг/мл среды. Три из пяти изученных штаммов ( B. subtilis НС8, B. subtilis B2G и Azotobacter chroococcum AZ7) достоверно увеличивали (на 15,2-34,2 %) биомассу у салата. Штаммы B. subtilis Ч-13 и B. subtilis TR6 недостоверно увеличивали урожай зеленой массы салата. Среди изученных штаммов следует отметить B. subtilis НС8, который достоверно увеличивал (на 15,2-42,1 %) урожай редиса и салата в вегетационных опытах. Применение микробных препаратов на основе эндофитных и ризобактерий может быть эффективным перспективным элементом современных технологий выращивания ячменя ( Hordeum vulgare L.), существенно снижая себестоимость производства и улучшая эффективность применения минеральных удобрений при его возделывании. Так, урожай зерна ячменя сорта Данута (2-летние полевые опыты) при применении микробных препаратов на основе эндофитных и ризобактерий достоверно увеличился на 23,8-43,9 % по сравнению с контролем и на 11-29 % по сравнению с фоном, где вносились только минеральные удобрения. Эффективность использования азота из минерального удобрения при инокуляции семян ячменя перспективными штаммами эндофитных и ризобактерий увеличивалась на 11,7-22,1 %, фосфора на 5,1-10,3 %, калия на 10,2-19,4 %.
Бесплатно
