МИКРОБИОЛОГИЯ, 2004, том 73, № 2, с. 195-198
= ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИ
УДК 579.841.[21+31].017.7:577.152.1
РОЛЬ ТРИПТОФАНА В КОРНЕВЫХ ЭКЗОМЕТАБОЛИТАХ ДЛЯ ФИТОСТИМУЛИРУЮЩЕЙ АКТИВНОСТИ РИЗОБАКТЕРИЙ
© 2004 г. Л. В. Кравченко, Т. С. Азарова, Н. М. Макарова, И. А. Тихонович
Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии,
Санкт-Петербург Поступила в редакцию 03.07.2002 г.
Показано, что корни томатов в стерильных условиях выделяли триптофан в количестве 2.8-5.3, в то время как у редиса - 290-390 нг/(проросток сут). Инокуляция редиса псевдомонадами приводила к увеличению в 1.4 раза биомассы корней. Применение тех же штаммов при инокуляции томатов не оказывало влияние на рост растений. Одним из факторов такой стимуляции редиса может быть продуцирование ризобактериями ИУК. В вегетационном опыте с добавлением ИУК в почву масса корневой системы редиса без инокуляции псевдомонадами увеличивалась на 36%. Одним из условий гормонального воздействия ризосферной микрофлоры на растение является наличие достаточного количества триптофана в ризосфере.
Ключевые слова: триптофан, корневые выделения, инокуляция семян, псевдомонады, ИУК.
Корневая система высших растений находится в ассоциации c ризосферной микрофлорой, часть из которой может синтезировать соединения, стимулирующие рост растений [1].
Биостимуляцию растений могут обеспечивать бактериальные штаммы, продуцирующие фито-гормоны, синтез которых часто обусловлен наличием их предшественников в корневых экзомета-болитах. Ризобактерии вступают в мутуалистиче-ские взаимоотношения с корнями растений, будучи крайне зависимыми в своем развитии от питательного субстрата, выделяемого в виде корневых экзометаболитов. Таким образом, эффективность применения бактериальных препаратов в значительной степени зависит от свойств как микроорганизмов, так и растений.
Необходимое условие для биосинтеза значительных количеств индолилуксусной кислоты (ИУК) и родственных соединений - наличие в среде L-триптофана, который в лабораторных исследованиях добавляют при определении уровня продуцирования ИУК почвенными бактериями [2]. Эксперименты in vitro показали, что только некоторые бактериальные культуры могут синтезировать небольшие количества ИУК без добавления экзогенного триптофана, являющегося его метаболитическим предшественником [3, 4]. В ризосфере одним из важнейших источников триптофана являются корневые экзометаболиты [5]. Однако степень влияния триптофана корневых экзометаболитов на фитостимулирующую активность ризобактерий до сих пор не оценена.
Цель настоящей работы - изучение фитостиму-лирующей активности ризобактерий при инокуля-
ции ими семян растений контрастных по уровню содержания триптофана в корневых выделениях.
ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ
В работе использовали ризобактерии, выделенные нами из почвы методом активной селекции с учетом высокого сродства к корневым экзо-метаболитам растений: Pseudomonas chlororaphis SPB1217 и P. fluorescens SPB2137, P. corrugata SPB2142, P. corrugata SPB2184, Curtobacterium sp. SPB3062, Pseudomonas sp. SPB4087 [6]. В качестве растительных объектов использовали томаты (Lycopersicon esculentum Mill) сортов Кармелло и Аромато, редис (Raphanus sativus L.) сортов Сакса нова и Тепличный.
Для получения корневых экссудатов семена томатов и редиса стерилизовали 5%-ным раствором гипохлорита натрия, после чего многократно отмывали стерильной водой. Проростки культивировали в чашках Петри на увлажненной фильтровальной бумаге при 27°С в течение 4 сут. Экстракцию триптофана с фильтровальной бумаги проводили дистиллированной водой. Пробы концентрировали в вакууме при 45°С и сухой осадок растворяли в 0.5 мл воды. Концентрацию триптофана в пробах корневых экзометаболитов и ИУК в культуральной жидкости бактериальных культур определяли с помощью метода HPLC с использованием колонки с обращенной фазой Li-Chrosorb RP-18 и элюента - раствора 13.7% ацето-нитрила в воде с добавлением 0.22% уксусной кислоты [5].
195
4*
Таблица 1. Содержание Ь-триптофана в корневых эк-зометаболитах проростков томатов и редиса
Растение (сорт) Масса одного семени, мг Количество триптофана, выделенного за 1 сут
нг/проросток нг/мг массы семян
Томаты
Кармелло 3.3 5.3 ± 0.7 1.6 ± 0.3
Аромато 3.2 2.8 ± 0.4 0.87 ± 0.10
Редис
Сакса нова 9.1 293 ± 35 32.2 ± 4.8
Тепличный 14.1 390 ± 42 27.7 ± 3.9
Примечание. Цифры в таблице - средние величины из пяти независимых опытов со стандартными отклонениями.
Таблица 2. Влияние инокуляции ризобактериальными штаммами на рост растений редиса (6 сут) и томатов (11 сут) при выращивании в гнотобиотических условиях в песке
Штамм Масса сухих корней, мг/10 растений Масса сухих стеблей, мг/10 растений
Редис Томаты Редис Томаты
Контроль (без инокуляции) 28.8 12.0 102.0 24.5
БРБ1217 40.7 11.2 110.5 23.5
БРБ2137 39.1 12.9 100.1 22.4
БРБ2142 33.5 11.6 100.8 24.5
БРБ2184 42.1 12.1 103.0 25.7
БРБ3062 40.5 12.9 94.1 23.9
БРБ4087 27.8 8.8 98.2 20.3
НСР0.95 2.9 1.4 6.1 2.6
Примечание. Цифры в таблице - средние величины из трех независимых опытов.
Влияние инокуляции ризобактериями на рост растений изучали в гнотобиотической системе [7] в стеклянном сосуде со стерильным кварцевым песком, увлажненным (10% объем/вес) питательным минеральным раствором (РКБ) следующего состава: 5 мМ КШ3, 5 мМ Са(Ш3)2, 2 мМ М§Б04, 1 мМ КН2Р04 с добавлением микроэлементов. Клеточную суспензию для инокуляции семян готовили из 12-часовой культуры бактерий, выращенных на ЬС-среде [8] на качалке и отмытых питательным минеральным раствором. Семена ино-кулировали замачиванием проростков в течение 15 мин в суспензии клеток с оптической плотностью при 620 нм (ОП620) равной 0.1 (что соответствовало 108 кл/мл). После инокуляции семена асептически помещали на 5 мм вглубь кварцевого пе-
ска. Растения росли в фитотроне при 21°С и 16 ч освещении (10000 лк) в течение 7 и 11 сут.
Микровегетационные опыты осуществляли в почве, смешанной с кварцевым песком (3 : 1), в пластиковых сосудах, содержащих 100 г смеси. Культивирование растений осуществляли в теплице с 16-часовым световым днем (15000 лк) при 70% влажности в течение 14 сут. Для инокуляции семена погружали в бактериальную суспензию (12-часовая культура, разбавленная питательным минеральным раствором), содержащую 109 кл/мл (ОП620 = 0.7) и смешанной (1 : 1) с 2% метилцел-люлозой, после чего семена высушивали в потоке стерильного воздуха [9]. Сухую биомассу растений определяли взвешиванием после высушивания при 105°С.
Для определения влияния экзогенной ИУК на рост редиса в сосуды с почвой добавляли раствор синтетической ИУК с конечной концентрацией 10-7 М. В контрольных вариантах ауксин не вносили. Инокуляцию семян изучаемыми ризобактериями не проводили. После 10 сут роста определяли сырую биомассу растений редиса.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
Для выбора видов растений с контрастным уровнем экзогенного триптофана были проанализированы корневые выделения нескольких сортов томатов и редиса. Концентрация триптофана в корневых экссудатах различных проростков различалась в 55-140 раз (табл. 1). Также имела место высокая вариация концентрации триптофана в расчете на единицу массы семян - в 20-37 раз. Как показали наши исследования, сорта редиса обладали способностью продуцировать большое количество свободного триптофана в окружающую среду. В то же время корни растений томатов выделяли значительно меньше триптофана. Таким образом, можно предположить, что высокое содержание триптофана в среде может вызывать экстрапродуцирование гормона в ризосфере редиса и стимулировать характерное для действия ауксинов увеличение массы корневой системы и корнеплодов редиса.
Для сравнительного анализа влияния различных концентрации триптофана на стимулирующее действие на растения интродуцируемых ри-зобактерий были выбраны редис сорта Сакса нова и томаты сорта Кармелло. Как видно из табл. 2 инокуляция штаммами Р. сЫогогарЫ8 БРБ1217, Р. Аиогвясвш БРБ2137, Р. corrugata БРБ2184 и Сиг-гоЬасгвпит ер. БРБ3062 существенно (в 1.4 раза по сравнению с контрольным вариантом без инокуляции) увеличивала массу корневой системы редиса. При этом увеличения надземной биомассы либо не происходило, либо было статистически недостоверно.
РОЛЬ ТРИПТОФАНА В КОРНЕВЫХ ЭКЗОМЕТАБОЛИТАХ 197
Таблица 3. Биостимулирующее влияние ризобактерий на рост редиса при выращивании в вегетационных опытах в почве в течение 14 сут
Штамм Сухая биомасса, мг/растение
Корни Корни, % от контроля Стебли Стебли, % от контроля
Контроль (без инокуляции) 4.58 ± 0.43 100.0 48.26 ± 5.43 100.0
SPB2184 6.28 ± 0.70 137.1 64.79 ± 8.54 134.2
SPB3062 7.03 ± 0.82 153.5 69.81 ± 6.02 144.6
Примечание. Цифры в таблице - средние величины из трех независимых опытов со стандартными отклонениями. То же в табл. 4.
Таблица 4. Действие синтетической ИУК при ее внесении в почву на рост редиса Сакса нова
Сырая биомасса, мг/растение
Вариант Зеленая масса Зеленая масса, % от контроля Корни Корни, % от контроля
Контроль 390 ± 36 100.0 38.2 ± 4.1 100.0
ИУК 368 ± 29 94.3 52.5 ± 4.8 136.7
Варьирование данных по стимуляции роста растений редиса может определяться различным уровнем колонизирующей активности изучаемых ризобактерий, так как ростстимулирующая функция тесно связана со способностью бактерий активно колонизировать корни. Наивысшей колонизирующей активностью на корнях исследуемых растений обладали штаммы P. chlororaphis 8РБ1217, P. fluorescens БРБ2137 и P. corrugata БРБ2184 [6], которые в свою очередь в наибольшей степени вызывали увеличение массы корней редиса.
Применение тех же штаммов при инокуляции томатов приводило к совершенно иным результатам (табл. 2). Инокуляция ризобактериями не оказывала статистически достоверного влияния на рост растений, хотя эффективность колонизации корней интродуцируемыми бактериальными штаммами корней томатов была аналогична колонизации корней редиса [6]. Незначительное усиление роста корневой системы по сравнению с контролем при инокуляции штаммами P. Атт-scens БРБ2137 и Curtobacterium ер. БРБ3062 не выходило за рамки по
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.