АГРОХИМИЯ, 2015, № 5, с. 69-73
УДК 631.466.12:633.1:632.112
ВЛИЯНИЕ ЭНДОФИТНЫХ ШТАММОВ Bacillus subtilis НА МИКОРИЗАЦИЮ КОРНЕЙ ЗЛАКОВ ПРИ ИМИТАЦИИ
ПОЧВЕННОЙ ЗАСУХИ*
© 2015 г. З.М. Курамшина1, Р.М. Хайруллин2, Л.Р. Саттарова1
Стерлитамакский филиал Башкирского государственного университета 453103 Стерлитамак, просп. Ленина, 49, Россия E-mail: kuramshina_zilya@mail.ru 2Институт биохимии и генетики Уфимского научного центра 454054 Уфа, просп. Октября, 71, Россия E-mail: krm62@mail.ru
Поступила в редакцию 26.10.2014 г.
Исследовано влияние инокуляции семян растений пшеницы и костра безостого клетками двух эндофитных штаммов Bacillus subtilis на формирование эндомикоризы в корнях в условиях имитации почвенной засухи. Установлено, что микоризация корней растений уменьшалась как при недостатке влаги в почве, так и при обработке семян эндофитными бактериями в условиях оптимального увлажнения. В то же время в условиях дефицита влаги у растений, инокулированных B. subtilis, обнаружено увеличение показателей микоризации и особенно числа арбускул в корнях. Выявлено, что бактерии B. subtilis снижали у растений стресс, возникший в результате засухи. Ключевые слова: эндофитные бактерии Bacillus subtilis, микоризация корней, злаки (Triticum aestivum L., Bromus inermis L.), почвенная засуха.
ВВЕДЕНИЕ
Засуха - частое явление последних лет во всем мире, в том числе и в России, и не только в конкретной области. Растения умеренных широт в отличие от растений засушливых районов (пустынь) не приспособлены к перенесению длительных засух, и дефицит влаги сказывается на их физиологическом состоянии и, соответственно, морфологических показателях. Изменение тургора клеток, подавление роста и уменьшение биомассы растений - эти хорошо изученные процессы при засухе являются классическими примерами влияния недостатка влаги на растительный организм.
В то же время недостаточно внимания уделяется изучению влияния засухи на везикулярно-арбускулярную микоризу (ВАМ), формирующую с растением симбиотические взаимоотношения в различных условиях внешней среды [1-3]. Имеющиеся сведения о характере влияния микоризы на растение-хозяина в условиях засухи противоречивы. Некоторые авторы сообщают о положительном
* Работа выполнена при поддержке Минобрнауки РФ, соглашение № 14.604.21.0016 о предоставлении субсидии от 17.06.2014 г.
влиянии ВАМ на водный баланс и засухоустойчивость растений [4]. В то же время в работе [5] приведены сведения, что в условиях пустынь такие микоризующиеся растения, как пшеница, рис, скер-да кровельная, костер растопыренный и другие, не формируют симбиоз с ВАМ.
В аспекте взаимоотношений растений с эн-дофитными микроорганизмами практически не изучены тройственные симбиозы, которые могут формировать растительные организмы, эндо-фитные бактерии и микоризообразующие грибы. Интерес к этому направлению вызван тем, что некоторые эндофитные штаммы бактерий используются в качестве основы препаратов для защиты растений от фитопатогенов, например Bacillus subtilis 26Д - основа биофунгицида фитоспорин [6]. Как правило, такие штаммы должны подавлять рост и развитие грибов, и не исключено, что антагонизм может проявиться и по отношению к грибным микроорганизмам, формирующим ВАМ.
В связи с этим цель работы - изучение влияния инокуляции семян яровой мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.) и костра безостого (Bromus inermis L.) эндофитными антагонистическими штаммами бактерий B. subtilis на микоризацию корней растений в условиях имитации почвенной засухи.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Объектами исследования служили растения мягкой яровой пшеницы (Triticum aestivum L.) сорта Омская-35 и дикорастущего костра безостого (Bromus inermis L.). Посев производили калиброванными с помощью сита семенами одинакового размера. Семена обрабатывали суспензией спор (106 кл./мл) эндофитных штаммов бактерий B. subtilis 26Д (коллекция ВНИИСХМ, № 128), B. subtilis 11ВМ (ВНИИСХМ, № 519) из расчета 20 л суспензии на 1 т семян. Растения выращивали на почве (выщелоченный чернозем), отобранной с поля, на котором выращивали яровую пшеницу. Для этого 1 кг воздушно-сухой почвы предварительно освобождали от пожнивных остатков и помещали в пластиковый контейнер.
Почвенную засуху имитировали следующим способом. После посева семян почву во всех сосудах поливали дистиллированной водой до влажности 70% ППВ, которую определяли расчетным методом [7]. После появления всходов контрольными растениями служили те, которые поливали из расчета 70% ППВ. Опытные растения (имитация засухи) выращивали в сосудах, поддерживая влажность почвы на уровне 30% ППВ. Полив проводили через каждые 3 сут (или по мере начала визуального завядания листьев). Растения выращивали на светоплощадке с фотопериодом 16 ч при температуре воздуха 22-25оС.
Через 60 сут растения извлекали из земли, не повреждая корней и листьев, промывали в проточной воде, подсушивали на фильтровальной бумаге и определяли морфометрические параметры. Корни затем отделяли и проводили количественный учет ВАМ по методу Травло [8]. Для этого корни осветляли в растворе 10%-ного КОН, затем промывали 2%-ным раствором НС1 и окрашивали трепановым синим. При определении степени колонизации микоризы использовали стандартную технику световой микроскопии окрашенных корней.
Один вариант эксперимента включал 3 сосуда с растениям, каждый из которых считали одной повторностью. Результаты измерений показателей растений и ВАМ в 3-х сосудах суммировали и определяли средние величины в варианте и их стандартные отклонения. Статистическую обработку результатов проводили стандартными методами с использованием Microsoft Offis Excel. Для оценки значимости различий средних величин применяли t-критерий Стьюдента.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
Корни контрольных растений, выросших при влажности почвы 70% ППВ, из семян, не ино-кулированных эндофитными штаммами бацилл, характеризовались высокой частотой встречаемости микоризы - >70% у обеих культур (табл. 1). Обработка семян спорами обоих штаммов эндофитных бактерий снижала частоту ми-коризации корней злаков на 34% и более, что согласовалось с данными, полученными авторами ранее [9].
Имитация засухи уменьшала показатель частоты микоризации в корнях пшеницы в 1.8, костра безостого - в 1.4 раза в сравнении с контрольными растениями, не обработанными бактериями и растущими при влажности почвы 70% ППВ. В корнях растений, инокулированных эндофит-ными бактериями и растущих в условиях недостатка влаги, частота встречаемости микоризы повышалась в сравнении с растениями, растущими при влажности почвы 70% ППВ и также обработанными спорами бацилл. Более того, инокуляция семян пшеницы бактериями штамма В. зиЫШз 26Д позволяла увеличить частоту ми-коризации корней до показателя большего, чем у контрольных растений (на 9%). Аналогично обработка семян костра безостого спорами другого штамма - В. зиЫШз 11ВМ привела к повышению этого показателя на 24%.
Имитация засухи закономерно приводила к уменьшению и других показателей микоризации корней в сравнении с контрольными растениями, не обработанными эндофитными бактериями. При анализе числа арбускул выявлено, что в условиях имитации засухи они не формировались в корнях пшеницы, а показатель изобилия арбускул в ми-коризованной части корневого фрагмента костра безостого снижался почти в 2 раза, в корневой системе - почти в 10 раз.
Обработка семян обоих злаков эндофитны-ми штаммами бактерий у растений, росших при влажности почвы 70% ППВ, аналогично действию засухи вызывала снижение других показателей микоризации в сравнении с контролем. При имитации засухи оба показателя интенсивности микоризации снижались в корнях растений пшеницы, инокулированной спорами бактерий штамма В. зиЫШз 11ВМ, тогда как использование штамма В. зиЫШз 26Д не приводило к существенным изменениям этих показателей в сравнении с контролем. В условиях засухи интенсивность микоризации корней растений дикорастущего злака В. 1пегт1э, обработанных эндофитными бактериями, не изменялась в срав-
ВЛИЯНИЕ ЭНДОФИТНЫХ ШТАММОВ Bacillus subtilis... 71
Таблица 1. Влияние влажности почвы на показатели микоризации корней растений
Вариант Triticum aestivum L. Bromus inermis L.
70% ППВ 30% ППВ 70% ППВ 30% ППВ
Частота микоризации в корневой системе*, %
Контроль без обработки 86.2 ± 7.7 47.6 ± 4.2 70.5 ± 6.4 49.1 ± 4.9
B. subtilis 26Д 57.2 ± 5.2 94.1 ± 9.8 31.7 ± 2.3 70.3 ± 6.8
B. subtilis 11ВМ 42.3 ± 2.7 68.9 ± 4.7 44.5 ± 4.3 87.1 ± 7.5
Интенсивность колонизации микоризы в корневой системе*, %
Контроль без обработки 1.3 ± 0.1 0.5 ± 0.01 0.7 ± 0.06 0.4 ± 0.04
B. subtilis 26Д 0.5 ± 0.01 1.7 ± 0.1 0.2 ± 0.01 0.7 ± 0.07
B. subtilis 11ВМ 0.4 ± 0.01 0.7 ± 0.01 0.4 ± 0.05 0.8 ± 0.04
Интенсивность колонизации микоризы в корневом фрагменте*, %
Контроль без обработки 1.8 ± 0.01 1.4 ± 0.1 1.1 ± 0.01 1.0 ± 0.01
B. subtilis 26Д 1.1 ± 0.1 1.50 ± 0.01 1.0 ± 0.001 1.0 ± 0.007
B. subtilis 11ВМ 1.0 ± 0 1.2 ± 0.1 1.0 ± 0.03 1.0 ± 0.002
Изобилие арбускул в микоризованной части корневого фрагмента*, %
Контроль без обработки 12.6 ± 1.1 0 6.5 ± 0.5 3.7 ± 0.3
B. subtilis 26Д 8.2 ± 0.7 11.3 ± 1.0 0 25.0 ± 0.1
B. subtilis 11ВМ 1.8 ± 0.1 20.0 ± 2.1 0.4 ± 0.03 34.0 ± 3.3
Изобилие арбускул в корневой системе*, %
Контроль без обработки 0.14 ± 0.02 0 0.2 ± 0.01 0.03 ± 0.002
B. subtilis 26Д 0.1 ± 0.05 0.3 ± 0.01 0 0.2 ± 0.01
B. subtilis 11ВМ 0.07 ± 0.001 0.2±0.01 0.03 ± 0.001 0.54 ± 0.03
* Различия показателей при разной влажности почвы достоверны прир < 0.05.
нении с контрольными растениями, росшими в почве с влажностью 70% ППВ.
Имитация почвенной засухи, а также обработка семян эндофитными штамамми бактерий оказала наибольшее влияние на показатель изобилия ар-бускул в микоризованной части корневого фрагмента. При действии засухи в корнях пшеницы, не обработанной бактериями, арбускулы не встречались. Аналогичное явление было обнаружено в корнях растений костра безостого, обработанных эндофитным штаммом бактерий B. subtilis 26Д. В условиях засухи обработка семян злаков эндо-фитнымии бактериями снимала отрицательный эф
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.