научная статья по теме УЧАСТИЕ ФИТОГОРМОНОВ В ФОРМИРОВАНИИ ВЗАИМООТНОШЕНИЙ ПРОРОСТКОВ ПШЕНИЦЫ С ЭНДОФИТНЫМ ШТАММОМ BACILLUS SUBTILIS 11ВМ Биология

Текст научной статьи на тему «УЧАСТИЕ ФИТОГОРМОНОВ В ФОРМИРОВАНИИ ВЗАИМООТНОШЕНИЙ ПРОРОСТКОВ ПШЕНИЦЫ С ЭНДОФИТНЫМ ШТАММОМ BACILLUS SUBTILIS 11ВМ»

КРАТКИЕ ^^^^^^^^^^^^^^^^ СООБЩЕНИЯ

УДК 581.1:577.175.1:579.852.11

УЧАСТИЕ ФИТОГОРМОНОВ В ФОРМИРОВАНИИ ВЗАИМООТНОШЕНИЙ ПРОРОСТКОВ ПШЕНИЦЫ С ЭНДОФИТНЫМ ШТАММОМ Bacillus subtilis 11ВМ © 2012 г. А. А. Егоршина*, Р. М. Хайруллин**, А. Р. Сахабутдинова**, М. А. Лукьянцев*

*Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Башкирский

государственный аграрный университет, Уфа **Учреждение Российской академии наук Институт биохимии и генетики Уфимского научного центра РАН, Уфа

Поступила в редакцию 03.02.2011 г.

Изучали стимуляцию роста проростков пшеницы (Triticum aestivum L., сорт Казахстанская 10) эндо-фитным штаммом 11ВМ бактерии Bacillus subtilis Cohn и участие фитогормонов в этом процессе. В исследованной концентрации бактерии ускоряли рост корней и побегов пшеницы по сравнению с контролем. С помощью биотестов выявлено, что эндофит проявляет ауксин-, цитокинин- и гиббе-реллин-подобную активность, но результат зависел от способа проведения эксперимента. При обработке семян пшеницы спорами B. subtilis 11ВМ в корнях и побегах проростков транзитно повышались концентрации ИУК и АБК. Показано участие оксидазы ИУК в ответе растений на инокуляцию бактериями, сопровождающееся снижением активности фермента, которое наблюдалось позже, чем накопление ауксина. Сделан вывод, что выявленные изменения гормонального статуса растений пшеницы под влиянием эндофитного штамма бактерии могут быть одним из механизмов стимуляции им роста проростков.

Ключевые слова: Triticum aestivum — Bacillus subtilis — эндофит — стимуляция роста — фитогормоны

ВВЕДЕНИЕ

В свете современных знаний растения можно рассматривать в качестве сложных микроэкосистем, являющихся местом обитания различных микроорганизмов. Многие из обитателей этой ниши, как свободноживущие, так и эндофитные, т.е. заселяющие внутренние ткани растений, способны стимулировать рост растений, что дало основание называть их в соответствии с англоязычной терминологией PGPB (от plant growth promoting bacteria) [1, 2].

Среди известных механизмов стимуляции роста растений такими бактериями одним из наиболее действенных представляется изменение содержания фитогормонов в растительном организме. Показано, что различные представители PGPB могут синтезировать in vitro ауксины, цито-кинины, гиббереллины, АБК, жасмоновую кислоту и этилен [3]. Подобные исследования, как правило, проводятся путем культивирования микроорганизмов на питательных средах, содержащих все необходимые для их жизнедеятельности компоненты, а также субстраты для синтеза

Сокращение: PGPB — от plant growth promoting bacteria. Адрес для корреспонденции: Егоршина Анна Александровна. 450001 Уфа, ул. 50-летия Октября, 34. Башкирский государственный аграрный университет. Электронная почта: egor-shina@list.ru

целевого соединения (фитогормона) [3]. Поскольку в таких экспериментах полностью исключается исследование влияния растения на метаболизм бактерий и не изучается баланс растительных регуляторов роста, их результаты не отражают пути сигналинга с участием фитогор-монов, продуцируемых двумя организмами (растением и бактериями).

Учитывая различия экологических ниш, занимаемых эндофитными и ризосферными бактериями, можно ожидать, что взаимоотношения с растением, приводящие к стимуляции роста последнего, складываются за счет различных механизмов. Вероятно, эндофиты по сравнению со свободноживущими РОРБ в большей степени ограничены в проявлении метаболической активности. Это связано с тем, что, проникая в растительные ткани, эндофиты попадают в олиготроф-ные условия и, кроме того, подвергаются воздействию защитных систем растения-хозяина [4].

В настоящее время крайне мало известно о физиолого-биохимических реакциях растений, происходящих при становлении взаимоотношений с эндофитными бактериями, а также механизмах их регуляции, в том числе с участием фи-тогормонов. В связи с этим, целью работы являлось выявление участия фитогормонов в

регуляции роста проростков пшеницы эндофит-ным штаммом Bacillus subtilis 11ВМ.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Объекты исследования. Работу проводили на проростках пшеницы (Triticum aestivum L.) сорта Казахстанская 10. Сначала семена в течение 3 мин встряхивали в круглодонной колбе с суспензией бактерий (опыт) или с дистиллированной водой (контроль). Затем их подсушивали в открытых чашках Петри в течение суток. Далее семена проращивали 5 суток в темноте при 24— 25°С в эмалированных кюветах на стекле, обернутом фильтровальной бумагой, с постоянным подтоком дистиллированной воды. Проростки для анализа отбирали, начиная со вторых суток.

Для биотестов использовали растения ячменя (Hordeum vulgare L.) сорта Челябинский 99 и салата (Lactuca sativa L.) сорта Берлинский. В качестве эндофитной бактерии использовали штамм 11ВМ Bacillus subtilis Cohn (депонирован в коллекции Всероссийского НИИ сельскохозяйственной микробиологии, № 519), выделенный, согласно его паспорту, из поверхностно стерилизованных стеблей визуально здоровых растений мягкой яровой пшеницы.

Культуру клеток бактерий получали при 37°С в колбах объемом 250 мл с жидкой полусинтетической питательной средой, состав которой описан в работе Недорезкова [5], используя качалку ES-20 ("Biosan", Латвия). Семена инокулировали спорами, концентрацию которых (колониеобразую-щих единиц, КОЕ в 1 мл) определяли методом десятичных разведений культуры с последующим высевом на мясопептонный агар. Для биотестов использовали культуру в стационарной фазе развития. Клетки отделяли от культуральной жидкости центрифугированием (3000 об./мин, 10 мин) и трижды таким же способом промывали 0.01 M раствором KCl. Затем клетки ресуспендировали в этом же растворе до концентрации 1.0 х 109 клеток/мл.

Для оценки рост-стимулирующей активности эндофита, анализа активности оксидазы ИУК и содержания фитогормонов в навеске семена обрабатывали по рекомендации авторов штамма спорами бактерии (1.0 х 108 КОЕ/мл) из расчета 20 л суспензии на 1 т зерна. Содержание фитогор-монов исследовали в проростках, полученных из семян, поверхностно стерилизованных 80% этанолом в течение двух мин перед обработкой.

Определение ауксин-подобной активности бактерий. Ауксин-подобное действие клеток B. subtilis 11ВМ оценивали с помощью классического теста на отрезках колеоптилей пшеницы [6] двумя способами.

Способ 1: 10 отрезков колеоптилей, взятых от 3-дневных проростков пшеницы, помещали в чашки Петри с 3 мл суспензии клеток бактерий в концентрации 105 клеток/мл. Эта концентрация была выбрана в соответствии с рекомендацией Недорезкова [5], который показал, что в среднем именно такое количество клеток эндофитных штаммов B. suЫШs обнаруживается в 1 г сырой массы проростков пшеницы при инокуляции семян спорами бактерий. В качестве отрицательного контроля использовали дистиллированную воду, положительного — раствор ИУК (10 мг/л).

Способ 2: первоначально семена пшеницы обрабатывали спорами B. suЫШs 11ВМ или дистиллированной водой (контроль). Семена проращивали, у 3-дневных проростков отделяли ко-леоптили и отрезки колеоптилей помещали в дистиллированную воду. В варианте положительного контроля отрезки колеоптилей из необработанных бактерией растений помещали в раствор ИУК. Чашки Петри выдерживали 18 ч в темноте при 25°С, после чего измеряли длину отрезков и оценивали прирост.

Определение гиббереллин-подобной активности. Семена салата проращивали 24 ч при 20— 22° С и постоянном освещении и еще 48 ч в термостате при 24°С в темноте. Затем проростки длиной 6—8 мм помещали по 10 штук в чашки Петри на твердую агаризованную среду (1.5% агара) корнями к центру и накрывали корни отрезками фильтровальной бумаги. Суспензию клеток штамма B. suЫШs 11ВМ (105 КОЕ/мл) наносили на точку роста проростков. В качестве контроля использовали дистиллированную воду и раствор ГК3 (10 мг/л). Чашки выдерживали двое суток при постоянном освещении (25 клк) при комнатной температуре, затем измеряли длину гипоко-тилей [7].

Определение цитокинин-подобной активности.

Цитокинин-подобное действие клеток B. subtШs 11ВМ оценивали двумя способами, используя в качестве тест-системы отрезки листьев 10-дневных проростков ячменя [8].

Способ 1: в чашки Петри на фильтровальную бумагу, смоченную 2 мл суспензии клеток B. subti-Ш 11ВМ (105 КОЕ/мл), раскладывали по 6 отрезков листьев длиной 2 см. В отрицательном контроле бумагу смачивали дистиллированной водой, в положительном — раствором БАП (10 мг/л).

Способ 2: отрезки листьев растений, выросших из семян, обработанных спорами эндофита или водой (контроль), помещали в дистиллированную воду. В качестве положительного контроля отрезки листьев контрольных растений помещали на раствор БАП. Чашки Петри с отрезками листьев помещали в кюветы, закрывали сверху стеклом для поддержания оптимальной влажности. Кюветы круглосуточно освещали 7 дней лю-

Таблица 1. Стимуляция роста проростков пшеницы эндофитом B. subtilis 11ВМ

Возраст проростков, сутки Длина корней, мм Длина побегов, мм

контроль B. subtilis 11ВМ контроль B. subtilis 11ВМ

3 44.8 ± 2.2 51.0 ± 4.0 19.8 ± 1.3 20.2 ± 1.6

4 73.4 ± 6.9 91.8 ± 8.1 51.8 ± 3.1 60.6 ± 5.0

5 98.7 ± 9.6 130.3 ± 9.8 73.6 ± 6.8 89.8 ± 6.4

Таблица 2. Фитогормон-подобная активность штамма B. subtilis 11ВМ

Активность

Вариант ауксин-подобная, длина отрезков колеоптилей пшеницы, мм цитокинин-подобная, содержание хлорофилла в отрезках листьев ячменя, экстинкция E650 гиббереллин-подобная, длина гипокотилей салата, мм

Вода

Фитогормон: ИУК БАП ГК3

B. subtilis 11ВМ

Способ 1. Проростки получены из необработанных семян 7.3 ± 0.2 0.124 ± 0.011

9.6 ± 0.2

7.6 ± 0.4

0.379 ± 0.031

13.5 ± 0.6

26.2 ± 0.9 15.9 ± 1.0

0.124 ± 0.013

Способ 2. Проростки получены из семян, предобработанных спорами эндофита B. subtilis 11ВМ I 8.7 ± 0.3 I 0.167 ± 0.015 I не определяли

минесцентными лампами (25 клк). Затем из отрезков листьев экстрагировали 80%-ным этанолом хлорофилл и его содержание определяли фотометрически при длине волны 650 нм [8].

Определение активности оксидазы ИУК. Активность оксидазы ИУК определяли в ферментной вытяжке, получен

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.

Показать целиком