Микрозелень Vigna radiata с повышенным содержанием йода: экологически ориентированный подход с использованием PGP-ризобактерий и внекорневого йодирования

Малева М.Г., Игнатова А.С., Соколов Н.А., Борисова Г.Г. Микрозелень Vigna radiata с повышенным содержанием йода: экологически ориентированный подход с использованием PGP-ризобактерий и внекорневого йодирования // Вестник Нижневартовского государственного университета. 2026. № 2(74). С. 71-83.

Проблема дефицита эссенциальных элементов и биологически активных веществ в рационе питания населения является актуальной как для России, так и для зарубежных стран [1; 2; 4; 5; 9]. В настоящее время йод (I) относится к наиболее важным микроэлементам, необходимым для правильного функционирования органов человека и животных [7; 12; 18]. Основная роль йода заключается в участии в биосинтезе гормонов щитовидной железы – тироксина и трийодтиронина, которые регулируют многочисленные физиологические и биохимические процессы [2; 7; 13]. Поэтому его дефицит в продуктах питания представляет серьезную угрозу для здоровья населения во всем мире [9; 14].

Одним из наиболее перспективных подходов к обеспечению сбалансированного и экологически безопасного питания населения является биофортификация, или обогащение растительного сырья и продуктов растениеводства, включая микрозелень [4; 10; 11; 13]. Эксперименты по обогащению различных видов культурных растений микроэлементами путем внесения их в почву или внекорневого опрыскивания проводились многими

авторами [2; 5; 11-14; 18-21]. Результаты этих исследований свидетельствуют о значительном потенциале отдельных видов микрозелени в борьбе со скрытым голодом в качестве эффективного и экологически безопасного пищевого ресурса.

В последние годы значительный интерес вызывает биообогащение культурных растений и микрозелени макро- и микроэлементами c использованием PGPR (от англ. “Plant Growth Promoting Rhizobacteria” – ризобактерии, стимулирующие рост растений) [1; 18]. Применение PGPR для биофортификации почв и растений является перспективным благодаря таким свойствам бактерий, как производство фитогормонов и сидерофоров, азотфиксация, солюбилизация соединений фосфора, калия, цинка и других элементов, которые в нерастворимой форме недоступны растениям [1; 8]. Кроме того, многие авторы отмечают, что инокуляция PGPR стимулирует в растениях синтез низкомолекулярных антиоксидантов и витаминов [1; 8; 18]. Тем не менее, биофортификация с использованием PGPR до сих пор не получила широкого применения.

В настоящее время во многих странах мира все более популярным становится выращивание Vigna radiata (L.) R. Wilczek (маш) для пищевых целей. Микрозелень V. radiata привлекает потребителя легкостью получения, вкусовыми достоинствами, широким спектром применения, физиологическим влиянием на организм [6; 11]. Несмотря на растущий интерес к этой культуре, вопросы сочетанного применения PGPR и йодирования остаются вне поля зрения исследователей. Восполняя этот пробел, настоящая работа впервые оценивает возможность улучшения роста и биообогащения микрозелени V. radiata с использованием PGPR в сочетании с внекорневой подкормкой раствором йода.

Таким образом, цель исследования – оценить PGP-свойства трех штаммов ризобактерий ( Pseudomonas sp.), а также их влияние на параметры роста, содержание фотосинтетических пигментов и накопление йода в микрозелени V. radiata после внекорневой обработки растворами йодида и йодата калия.

Материалы и методы

Три штамма Pseudomonas sp. (CTF2, CTF7 и STF13), отобранные для эксперимента, были выделены в 2023 г. из ризосферы Tussilago farfara L. (мать-и-мачеха обыкновенная) сем. Asteraceae, произрастающей на двух техногенно нарушенных участках: CTF2 и CTF7 – вблизи Карабашского медеплавильного предприятия (Челябинская область); STF13 – вблизи рудника «Сафьяновская медь» (Свердловская область). Молекулярно-генетическая идентификация полученных штаммов была проведена с использованием секвенирования генома 16S рРНК [18; 19]. Поиск последовательностей гена у отобранных штаммов проводили в базе данных National Center for Biotechnology Information (NCBI), биоинформационный анализ проводили с помощью пакета программ MEGA11.

Отобранные штаммы были протестированы на способность к синтезу индолил-3-уксусной кислоты (ИУК), продукции сидерофоров и аммиака, а также на активность фермента 1-аминоциклопропан-1-карбонат (АЦК)-дезаминазы и устойчивость к разным концентрациям (от 0 до 0,1%) йодида (KI) и йодата калия (KIO 3 ), как было описано ранее

[16; 18]. Способность к образованию ИУК оценивали спектрофотометрически при длине волны 530 нм после реакции изолятов с реагентом Сальковского [18]. Способность к продукции сидерофоров оценивали с использованием хромазурол-S (Fe-CAS) агара, а аммиака – по изменению окраски после инкубации культур с реактивом Несслера [16]. Активность АЦК-дезаминазы определяли спектрофотометрически при длине волны 540 нм после их выращивания в тритиказно-соевом бульоне до достижения стационарной фазы [16]. Для оценки устойчивости изолятов к йоду их подвергали действию возрастающих концентраций (0; 0,001%; 0,01%; и 0,1%) йодида (KI) и йодата (KIO 3 ) калия на чашках Петри с Луриа–Бертани (LB) агаром [18]. Измерения проводили в трех независимых повторностях.

Вегетационный эксперимент включал контрольный вариант (неинокулированные растения, НР) и три опытных, с инокуляцией семян V. radiata штаммами CTF2, CTF7 и STF13. Влияние селективных штаммов на прорастание семян оценивали на чашках Петри. Зрелые семена, сходные по размеру и форме, стерилизовали 70%-м этанолом в течение 30 с, затем 2 мин – 4%-м гипохлоритом натрия и несколько раз промывали стерильной дистиллированной водой. Семена оставляли в воде на ночь до набухания, и часть из них инокулировали в течение 2 часов отдельными штаммами (10⁸ КОЕ/мл), предварительно выращенными на среде LB. В контрольном варианте использовали только стерильную среду LB. В каждую чашку Петри помещали по 30 семян (по 10 чашек на вариант) и ежедневно фиксировали прорастание семян до полных всходов (5 суток). После этого здоровые проростки переносили в пластиковые проращиватели («Домашний АэроСАД», ООО «СмартГидроКомпания», Россия) с гидропонным питательным раствором [18]. Каждая повторность составляла 3 независимых проращивателя, включающих по 60 проростков. Микрозелень выращивали при следующих условиях: плотность фотосинтетического потока фотонов 180 ± 20 мкмоль/(м² с), обеспечиваемая фитолампами (ULI-P10-18W/SPFR IP40); день/ночь режим 14/10 ч при температуре 23 ± 3 °C. На 7-е сутки от замачивания семян проростки опрыскивали 0,01% раствором KI (I 1 ) или KIO 3 (I 2 ) или просто стерильной водой без йода (0). Общее время экспозиции – 14 суток.

Всхожесть семян (%) определяли как отношение количества семян, проросших за 5 суток, к их общему количеству × 100. Средневзвешенное время прорастания семян (сутки) рассчитывали как отношение суммы произведений количества семян, проросших на день учета, на номер дня, к общему количеству проросших семян [15]. Сырую и сухую биомассу, индекс силы роста, а также содержание фотосинтетических пигментов оценивали у 14-суточных растений V. radiata . Индекс силы роста (vigor index II [15]) рассчитывали как произведение процента всхожести (%) на среднюю сухую биомассу одного проростка (г).

Фотосинтетические пигменты экстрагировали из свежих листьев (30 мг) в 80% растворе ацетона. Содержание хлорофиллов а, b (Хл а, Хл b) и каротиноидов определяли спектрофотометрически («APEL» PD-303UV, Япония) при 470, 647 и 663 нм и рассчитывали согласно Lichtenthaler [17]. Содержание йода в сухой надземной биомассе сеянцев определяли по ГОСТ 28458-90 [3] и выражали в мкг/г сухого веса.

Полученные данные были проанализированы с использованием MS-Excel 16.0 и Statistica 13.0. В таблицах и на рисунках представлены средние арифметических значения и их стандартные ошибки. Для определения отдельного и совместного влияния двух факторов (инокуляции бактериальными штаммами и опрыскивания йодом) был проведен однофакторный и двухфакторный дисперсионный анализ ANOVA. Значимость различий между вариантами оценивали с помощью критерия Тьюки при p < 0,05. Разными латинскими буквами обозначены достоверные различия между вариантами.

Результаты и их обсуждение

Все изученные штаммы Pseudomonas sp. были способны продуцировать ИУК, однако наиболее высокий уровень синтеза отмечен у STF13 (табл. 1). Наиболее высокая активность АЦК-дезаминазы наблюдалась у штаммов STF13 и CTF2, в то время как у штамма CTF7 она была в 7 раз ниже. Все изоляты проявляли способность к продукции сидерофоров, тогда как способность к образованию аммиака была отмечена только у STF13. Тестирование штаммов на устойчивость к соединениям йода показало высокий уровень их йодотолерантности (табл. 1).

Таблица 1

Результаты тестирования отобранных штаммов рода Pseudomonas sp. на некоторые PGP-свойства и устойчивость к соединениям йода

Штамм	Синтез ИУК, мг/л	Активность АЦК-дезаминазы, нМ/мг белка час	Продукция сидерофоров	Продукция NH 3	Устойчивость к KI и KIO 3
CTF2	12,98 ± 0,07ab	88,42± 3,47a	+	–	высокая
CTF7	12,20 ± 0,51b	12,62 ± 0,88b	+	–	высокая
STF13	14,25 ± 0,25a	89,81 ± 3,33a	+	+	высокая

Всхожесть семян является одной из важнейших характеристик культурных растений [18]. Через 5 суток экспозиции всхожесть семян V. radiata в контрольном варианте составляла 87%. Инокуляция семян всеми отобранными штаммами PGPR снижала всхожесть семян в среднем на 4%, по сравнению с контролем (рис. 1А). Средневзвешенное время прорастания у неинокулированных семян и инокулированных штаммами CTF7 и STF13 практически не отличалось и в среднем составляло 2,5 суток (рис. 1Б). Быстрее всего прорастали семена при заражении штаммом CTF2 (2,2 суток).

Сырая биомасса двухнедельных сеянцев V. radiata, инокулированных разными штаммами Pseudomonas sp. (CTF2, CTF7, STF13) изменялась незначительно и не зависела от обработки йодом (рис. 1В). Наибольшая ее величина была отмечена при использовании штамма STF13 (в среднем на 13% выше НР и на 22% выше, чем при инокуляции CTF7). Результаты двухфакторного ANOVA подтвердили высокую значимость бактериальной инокуляции на накопление сырой биомассы (p ˂ 0,001), тогда как обработка обеими формами йода не приводила к достоверным изменениям (рис. 1В). Индекс силы роста, как и сухая биомасса растений, были также максимальны у сеянцев, инокулированных штаммом STF13, а минимальны – при инокуляции CTF7 (рис. 1Г). Исследования, проведенные нами ранее [1], также показали, что инокуляция семян пшеницы увеличивала биомассу сеянцев на 14% по сравнению с контролем. Согласно результатам ANOVA, фактор бактериальной инокуляции оказывал достоверное влияние на накопление сухой биомассы и, соответственно, на величину индекса силы роста, в то же время влияние опрыскивания йодом было статистически незначимым (рис. 1Г).

Рис. 1. Процент всхожести (А), средневзвешенное время прорастания (Б) семян;

сырая биомасса (В), индекс силы роста и сухая биомасса (Г) 14-суточных растений V. radiata

Известно, что хлорофиллы и каротиноиды являются активными иммуномодуляторами в организме человека [4]. Кроме того, каротиноиды являются предшественниками витамина А и обладают антиоксидантными свойствами [18]. Инокуляция семян разными штаммами PGPR без внекорневой подкормки йодом приводила к увеличению содержания Хл а , Хл b и каротиноидов в среднем на 16, 21 и 19%, соответственно (рис. 2А, Б). Аналогичные результаты были получены нами ранее в

горшечном эксперименте на трехнедельной микрозелени гороха [19], где инокуляция штаммом CTF2 приводила к существенному (в среднем на 24%) увеличению содержания фотосинтетических пигментов. Также было отмечено [19], что опрыскивание 0,01%-раствором йодида калия совместно с бактериальной инокуляцией вызывала значимый синергический эффект в отношении как хлорофиллов, так и каротиноидов.

Рис. 2. Содержание хлорофиллов (А) и каротиноидов (Б) в листьях 14-суточных растений V. radiata

В нашем эксперименте на V. radiata обработка йодом (независимо от инокуляции) также приводила к увеличению содержания как Хл а , так и Хл b (в среднем на 25%), при этом KIO 3 проявлял более высокую эффективность по сравнению с KI. Анализ изменения содержания каротиноидов выявил сходные тенденции: опрыскивание йодом стимулировало их накопление, увеличивая содержание в среднем на 19%. Как и в случае с хлорофиллами, наибольший эффект оказывал йодат калия (рис. 2Б). Эти результаты согласуются с имеющимися данными [14], свидетельствующими о том, что обработка йодом может стимулировать накопление фотосинтетических пигментов за счет активации антиоксидантных ферментов, защищающих их от окислительного стресса. Известно также [20], что йод способен модулировать экспрессию генов, ответственных за синтез пигментов, чем, по-видимому, объясняются полученные результаты. Проведенный двухфакторный дисперсионный анализ подтвердил достоверное влияние на содержание фотосинтетических пигментов в листьях двухнедельной микрозелени V. radiata как инокуляции семян штаммами Pseudomonas sp., так и внекорневой обработки йодом (рис. 2А, Б).

В вариантах без опрыскивания йодом его содержание в надземной биомассе V. radiata было низким (в среднем 1,4 мкг/г сухого веса), при этом статистически значимых различий между НР и инокулированными PGPR не зафиксировано (табл. 2). Обработка побегов KI

существенно (в среднем в 14 раз) повышала содержание йода в микрозелени V. radiata , независимо от инокуляции. В работе Ciriello et al. [9] показано, что при использовании 8 мкМ KI содержание йода в микрозелени Brassica rapa L. увеличивалось в 2 раза, а у Coriandrum sativum L. и Ocimum basilicum L.– в 7 раз.

Таблица 2 Накопление йода в надземной биомассе 14-суточных растений V. radiata

Варианты опыта	Обработка йодом	Содержание йода, мкг/г сухого веса
Контроль (НР)	0	1,39 ± 0,16c
	I 1	18,39 ± 2,19a
	I 2	11,59 ± 1,24b
Pseudomonas sp. СTF2	0	1,42 ± 0,05c
	I 1	20,56 ± 1,21a
	I 2	13,68 ± 1,17b
Pseudomonas sp. СTF7	0	1,29 ± 0,05c
	I 1	19,87 ± 2,12a
	I 2	12,54 ± 1,45b
Pseudomonas sp. STF13	0	1,38 ± 0,08c
	I 1	19,78 ±1,65a
	I 2	10,67 ± 1,56b

При опрыскивании KIO 3 содержание йода в побегах V. radiata также увеличивалось, однако значения оказались в среднем в 1,6 раза ниже, чем при использовании KI. В целом инокуляция семян PGPR не оказывала статистически значимого влияния на накопление йода в побегах V. radiata .

Повышенное накопление йода при обработке KI может быть обусловлено тем, что йодид-ион легче поглощается растительными клетками благодаря более высокой подвижности в растворе и способности проникать через мембраны [12]. Ранее также было отмечено [22], что содержание йода в листьях салата-латука, выращенного в гидропонной системе с использованием KI, было значительно выше по сравнению с KIO 3 .

Заключение

Установлено, что штамм Pseudomonas sp. STF13, обладавший наивысшей ИУК-синтезирующей и АЦК-дезаминазной активностью, при инокуляции семян вызывал максимальное увеличение сырой и сухой биомассы 14-суточных проростков, а также индекса энергии. Тем не менее, все используемые штаммы повышали содержание хлорофиллов и каротиноидов (в среднем на 19%) по сравнению с неинокулированными растениями. Обработка листьев V. radiata йодом не оказывала существенного влияния на массу сеянцев, однако значимо увеличивала содержание фотосинтетических пигментов (в среднем на 23%). При опрыскивании растений растворами KI или KIO₃ содержание йода в микрозелени повышалось в 14,3 и 8,8 раз, соответственно, по сравнению с необработанным вариантом. Однако необходимы дальнейшие исследования, особенно в горшечных экспериментах, для подтверждения положительных эффектов, наблюдаемых при сочетании изученных штаммов с внекорневой подкормкой йодом.

Исследование поддержано Министерством науки и высшего образования Российской Федерации в рамках государственного задания FEUZ-2024–0011.