Содержание ауксина у люцерны хмелевидной (Medicago lupulina L.) при инокуляции грибом Rhizophagus irregularis на фоне низкой обеспеченности доступным фосфором

Содержание ауксина у люцерны хмелевидной (Medicago lupulina L.) при инокуляции грибом Rhizophagus irregularis на фоне низкой обеспеченности доступным фосфором

Автор: Юрков А.П., Веселова С.В., Якоби Л.М., Степанова Г.В., Кудоярова Г.Р., Шишова М.Ф.

Журнал: Сельскохозяйственная биология @agrobiology

Рубрика: Кормовые культуры: физиология растений

Статья в выпуске: 4 т.52, 2017 года.

Бесплатный доступ

Арбускулярную микоризу (АМ) образуют 92 % семейств наземных растений с грибами отдела Glomeromycota. АМ может определять продуктивность растений и их адаптацию к неблагоприятным факторам среды, особенно при низком количестве питательных веществ в почве. Показано, что доступность неорганического фосфора (Pi) - ключевой фактор развития АМ симбиоза. Развитие АМ симбиоза приводит к морфофизиологическим модификациям в корневой системе растений, что указывает на возможность АМ-индуцированных изменений активности эндогенных регуляторов роста. В последние несколько лет выявлена роль ауксина в становлении взаимоотношений между растением-хозяином и АМ грибом. При экзогенной обработке ауксином показано ускорение прорастания спор АМ гриба, интенсификация процесса колонизации и последующего роста гиф. В настоящем исследовании впервые проведена оценка динамики эндогенной концентрации индолилуксусной кислоты (ИУК) в корнях и листьях у сильно микотрофной линии люцерны хмелевидной ( Medicago lupulina L. var. vulgaris Koch) в условиях низкого содержания доступного для растений фосфора в почве. В качестве модели была выбрана люцерна хмелевидная, сортопопуляция ВИК32, линия MlS-1. Для инокуляции использовали штамм RCAM00320 АМ гриба Rhizophagus irregularis из коллекции Всероссийского НИИ сельскохозяйственной микробиологии. Содержание ИУК определяли в корнях и надземных частях. В фазу семядолей (1-е сут после посадки) были взяты семядоли, в фазу первого настоящего листа (14-е сут) - округлый и 1-й настоящий лист, в фазу второго настоящего листа (21-е сут) - округлый, 1-й и 2-й настоящий листы, в фазу стеблевания (35-е сут) - 2-й, 3-й и 4-й лист, в фазу цветения (50-е сут) - три верхних листа до первого соцветия (3-й, 4-й и 5-й листы). При низком содержании фосфора в почве растения в контроле очень медленно увеличивали биомассу корней и побегов. Существенное накопление биомассы было отмечено только в фазу цветения. Инокуляция практически не влияла на увеличение массы корня (вплоть до фазы цветения), но индуцировала многократное увеличение массы надземной части. Первый отклик на микоризацию был выявлен для побегов с 14-х сут. Наиболее значительный прирост надземной массы АМ растений наблюдался в фазу стеблевания. Анализ степени микоризации показал, что арбускулы играют ключевую роль в формировании эффективного симбиоза у люцерны в фазу 1-го и 2-го листа: значение a/(1-a), характеризующее кратность превышения обилия арбускул над обилием внутрикорневого мицелия, возрастало до 8,0±0,7 и 18,5±1,3; в более поздние фазы (стеблевание и цветение) роль арбускул снижалась в сравнении с развитием внутрикорневого мицелия. Увеличение содержания ИУК в корнях в фазу 1-го листа (в 2,2 раза), то есть уже на самых ранних этапах формирования АМ симбиоза, привело к ингибированию роста корня. В то же время повышение количества эндогенной ИУК в листьях в фазу 2-го листа (в 1,8 раза) предшествовало увеличению масса надземных частей, а значит, рост концентрации ИУК существенно интенсифицировал развитие надземных частей в фазах стеблевания и цветения.

Еще

Ауксин, индолилуксусная кислота, арбускулярная микориза, симбиотическая эффективность

Короткий адрес: https://sciup.org/142214076

IDR: 142214076   |   DOI: 10.15389/agrobiology.2017.4.830rus

Список литературы Содержание ауксина у люцерны хмелевидной (Medicago lupulina L.) при инокуляции грибом Rhizophagus irregularis на фоне низкой обеспеченности доступным фосфором

  • Смит С.Э., Рид Д.Дж. Микоризный симбиоз. М., 2012.
  • Fusconi A. Regulation of root morphogenesis in arbuscular mycorrhizae: what role do fungal exudates, phosphate, sugars and hormones play in lateral root formation? Annals of Botany, 2014, 113: 19-33 ( ) DOI: 10.1093/aob/mct258
  • Harrison M.J. Signaling in the arbuscular mycorrhizal symbiosis. Annual Review of Microbiology, 2005, 59: 19-42 ( ) DOI: 10.1146/annurev.micro.58.030603.123749
  • Balzergue C., Puech-Pagès V., Bécard G., Rochange S.F. The regulation of arbuscular mycorrhizal symbiosis by phosphate in pea involves early and systemic signaling events. Journal of Experimental Botany, 2011, 62: 1049-1060 ( ) DOI: 10.1093/jxb/erq335
  • Oláh B., Brière C., Bécard G., Dénarié J., Gough C. Nod factors and a diffusible factor from arbuscular mycorrhizal fungi stimulate lateral root formation in Medicago truncatula via the DMI1/DMI2 signalling pathway. The Plant Journal, 2005, 44: 195-207 ( ) DOI: 10.1111/j.1365-313X.2005.02522.x
  • Paszkowski U., Boller T. The growth defect of lrt1, a maize mutant lacking lateral roots, can be complemented by symbiotic fungi or high phosphate nutrition. Planta, 2002, 214: 584-590 ( ) DOI: 10.1007/s004250100642
  • Rouached H., Arpat A.B., Poirier Y. Regulation of phosphate starvation responses in plants: signaling players and crosstalks. Molecular Plant, 2010, 3: 288-299 ( ) DOI: 10.1093/mp/ssp120
  • Chiou T.J., Lin S.I. Signaling network in sensing phosphate availability in plants. Annual Review of Plant Biology, 2011, 62: 185-206 ( ) DOI: 10.1146/annurev-arplant-042110-103849
  • Hammond J.P., White P.J. Sugar signaling in root responses to low phosphorus availability. Plant Physiology, 2011, 156: 1033-1040 ( ) DOI: 10.1104/pp.111.175380
  • Sato A., Miura K. Root architecture remodeling induced by phosphate starvation. Plant Signaling & Behavior, 2011, 6: 1122-1126 ( ) DOI: 10.4161/psb.6.8.15752
  • Niu Y.F., Chai R.S., Jin G.L., Wang H., Tang C.X., Zhang Y.S. Responses of root architecture development to low phosphorus availability: a review. Annals of Botany, 2013, 112: 391-408 ( ) DOI: 10.1093/aob/mcs285
  • Ludwig-Müller J. Hormonal responses in host plants triggered by arbuscular mycorrhizal fungi. In: Arbuscular mycorrhizas: physiology and function/Y. Kapulnik, H. Koltai (eds.). Springer, NY, 2010 ( ) DOI: 10.1007/978-90-481-9489-6_8
  • Hanlon M.T., Coenen C. Genetic evidence for auxin involvement in arbuscular mycorrhiza initiation. New Phytologist, 2011, 189: 701-709 ( ) DOI: 10.1111/j.1469-8137.2010.03567.x
  • Torelli A., Trotta A., Acerbi L., Arcidiacono G., Berta G., Branca C. IAA and ZR content in leek (Allium porrum L.), as influenced by P nutrition and arbuscular mycorrhizae, in relation to plant development. Plant and Soil, 2000, 226: 29-35 ( ) DOI: 10.1023/A:1026430019738
  • Berta G., Fusconi A., Trotta A., Scannerini S. Morphogenetic modifications induced by the mycorrhizal fungus Glomus strain E3 in the root system of Allium porrum L. New Phytologist, 1990, 114: 207-215 ( ) DOI: 10.1111/j.1469-8137.1990.tb00392.x
  • Trotta A., Carminati C., Schellenbaum L., Scannerini S., Fusconi A., Berta G. Correlation between root morphogenesis, VA mycorrhizal infection and phosphorus nutrition. In: Plant roots and their environment/B.L. McMichael, H. Person (eds.). Elsevier, Amsterdam, 1991.
  • Meixner C., Ludwig-Müller J., Miersch O., Gresshoff P., Staehelin C., Vierheilig H. Lack of mycorrhizal autoregulation and phytohormonal changes in the supernodulating soybean mutant nts1007. Planta, 2005, 222: 709-715 ( ) DOI: 10.1007/s00425-005-0003-4
  • Kaldorf M., Ludwig-Müller J. AM fungi might affect the root morphology of maize by increasing indole-3-butyric acid biosynthesis. Physiologia Plantarum, 2000, 109: 58-67 ( ) DOI: 10.1034/j.1399-3054.2000.100109.x
  • Fitze D., Wiepninga A., Kaldorf M., Ludwig-Müller J. Auxins in the development of an arbuscular mycorrhizal symbiosis in maize. Journal of Plant Physiology, 2005, 162: 1210-1219 ( ) DOI: 10.1016/j.jplph.2005.01.014
  • Overvoorde P., Fukaki H., Beeckman T. Auxin control of root development. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 2010, 2: a001537 ( ) DOI: 10.1101/cshperspect.a001537
  • Foo E. Auxin influences strigolactones in pea mycorrhizal symbiosis. Journal of Plant Physiology, 2013, 170: 523-528 ( ) DOI: 10.1016/j.jplph.2012.11.002
  • Liao D., Chen X., Chen A., Wang H., Liu J., Liu J., Gu M., Sun S., Xu G. The characterization of six auxin-induced tomato GH3 genes uncovers a member, SlGH3.4, strongly responsive to arbuscular mycorrhizal symbiosis. Plant & Cell Physiology, 2015, 56(4): 674-687 ( ) DOI: 10.1093/pcp/pcu212
  • Dubrovsky J.G., Napsucialy-Mendivil S., Duclercq J., Cheng Y., Shishkova S., Ivanchenko M.G., Friml J., Murphy A.S., Benková E. Auxin minimum defines a developmental window for lateral root initiation. New Phytologist, 2011, 191: 970-983 ( ) DOI: 10.1111/j.1469-8137.2011.03757.x
  • Boivin S., Fonouni-Farde C., Frugier F. How auxin and cytokinin phytohormones modulate root microbe interactions. Frontiers in Plant Science. 2016, 7(1240): 1-12 ( ) DOI: 10.3389/fpls.2016.01240
  • Jentschel K., Thiel D., Rehn F., Ludwig-Müller J. Arbuscular mycorrhiza enhances auxin levels and alters auxin biosynthesis in Tropaeolum majus during early stages of colonization. Physiologia Plantarum, 2007, 129: 320-333 ( ) DOI: 10.1111/j.1399-3054.2006.00812.x
  • Юрков А.П., Шишова М.Ф., Семенов Д.Г. Особенности развития люцерны хмелевидной с эндомикоризным грибом. Саарбрюккен, 2010.
  • Юрков А.П., Якоби Л.М., Степанова Г.В., Дзюбенко Н.И., Проворов Н.А., Кожемяков А.П., Завалин А.А. Эффективность инокуляции форм люцерны хмелевидной грибом арбускулярной микоризы Glomus intraradices и внутрипуляционная изменчивость растений по показателям продуктивности и микоризообразования. Сельскохозяйственная биология, 2007, 5: 67-74
  • Phillips J.M., Hayman D.S. Improved procedures for clearing roots and staining parasitic and vesicular-arbuscular mycorrhizal fungi for rapid assessment of infection. Transactions of the British Mycological Society, 1970, 55: 158-161 ( ) DOI: 10.1016/S0007-1536(70)80110-3
  • Trouvelot A., Kough J.L., Gianinazzi-Pearson V. Mesure du taux de mycorhization VA d'un système radiculaire. Recherche de méthodes ayant une signification fonctionnelle. In: Physiological and genetical aspects of mycorrhizae/V. Gianinazzi-Pearson, S. Gianinazzi (eds.). INRA-Press, Paris, 1986.
  • Юрков А.П., Якоби Л.М., Гапеева Н.Е., Степанова Г.В., Шишова М.Ф. Развитие арбускулярной микоризы у сильно микотрофного растения-хозяина -люцерны хмелевидной (Medicago lupulina L.). Онтогенез, 2015, 46(5): 313-326 ( ) DOI: 11.7868/S0475145015050109
  • Воробьев Н.И., Юрков А.П., Проворов Н.А. Программа вычисления индексов микоризации корней растений. Свид-во ¹ 2016612112 от 12.02.16 о гос. рег. программы ЭВМ. ФГБНУ ВНИИСХМ (РФ). Заявл. 21.12.2015. Опубл. 20.03.16.
  • Одум Ю. Основы экологии. М., 1975.
  • Veselov S.Yu., Kudoyarova G.R., Egutkin N.L., Gyuli-Zade V.Z., Mustafina A.R., Kof E.M. Modified solvent partitioning scheme providing increased specificity and rapidity of immunoassay for indole 3-acetic acid. Physiologia Plantarum, 1992, 86: 93-96 ( ) DOI: 0.1111/j.1399-3054.1992.tb01316.x
  • Denison R.F., Kiers E.T. Life histories of symbiotic rhizobia and mycorrhizal fungi. Current Biology, 2011, 21(18): 775-785 ( ) DOI: 10.1016/j.cub.2011.06.018
  • Schaarschmidt S., Gonzalez M.C., Roitsch T., Strack D., Sonnewald U., Hause B. Regulation of arbuscular mycorrhization by carbon. The symbiotic interaction cannot be improved by increased carbon availability accomplished by root-specifically enhanced invertase activity. Plant Physiology, 2007, 143: 1827-1840 ( ) DOI: 10.1104/pp.106.096446
  • Scannerini S., Fusconi A., Mucciarelli M. The effect of endophytic fungi on host plant morphogenesis. In: Symbiosis: organisms and model systems/J. Seckback (ed.). Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, 2001 ( ) DOI: 10.1007/0-306-48173-1_27
  • Smith S.E., Smith F.A. Fresh perspectives on the roles of arbuscular mycorrhizal fungi in plant nutrition and growth. Mycologia, 2012, 104: 1-13 ( ) DOI: 10.3852/11-229
  • Douds D.D., Pfeffer P.E., Shachar-Hill Y. Carbon partitioning, cost and metabolism of arbuscular mycorrhizae. In: Arbuscular mycorrhizas: physiology and function/Y. Kapulnick, D.D. Jr. Douds (eds.). Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, 2000 ( ) DOI: 10.1007/978-94-017-0776-3_6
  • Graham J.H. Assessing costs of arbuscular mycorrhizal symbiosis agroecosystems fungi. In: Current advances in mycorrhizae research/G.K. Podila, D.D. Jr. Douds (eds.). APS Press, Saint Paul, 2000 ( ) DOI: 10.4236/oje.2014.41002
  • Bago B., Pfeffer P.E., Shachar-Hill Y. Carbon metabolism and transport in arbuscular mycorrhizas. Plant Physiology, 2000, 124(3): 949-958 ( ) DOI: 10.1104/pp.124.3.949
  • Feddermann N., Finlay R., Boller T., Elfstrand M. Functional diversity in arbuscular mycorrhiza -the role of gene expression, phosphorus nutrition and symbiotic efficiency. Fungal Ecology, 2010, 3: 1-8 ( ) DOI: 10.1016/j.funeco.2009.07.003
  • Albacete A., Ghanem M.E., Martínez-Andújar C., Acosta M., Sánchez-Bravo J., Martínez V., Lutts S., Dodd I.C., Pérez-Alfocea F. Hormonal changes in relation to biomass partitioning and shoot growth impairment in salinised tomato (Solanum lycopersicum L.) plants. Journal of Experimental Botany, 2008, 59: 4119-4131 ( ) DOI: 10.1093/jxb/ern251
  • Vysotskaya L.B., Trekozova A.W., Kudoyarova G.R. Effect of phosphorus starvation on hormone content and growth of barley plants. Acta Physiologiae Plantarum, 2016, 38(108): 1-6 ( ) DOI: 10.1007/s11738-016-2127-5
  • Емельянов В.В., Кирчихина Н.А., Ласточкин В.В., Чиркова Т.В. Гормональный баланс проростков пшеницы и риса в условиях аноксии. Физиология растений, 2003, 50(6): 922-929.
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp