научная статья по теме ВЛИЯНИЕ НА РАСТЕНИЯ ФИТОГОРМОНОВ, СИНТЕЗИРУЕМЫХ РИЗОСФЕРНЫМИ БАКТЕРИЯМИ Химия

Текст научной статьи на тему «ВЛИЯНИЕ НА РАСТЕНИЯ ФИТОГОРМОНОВ, СИНТЕЗИРУЕМЫХ РИЗОСФЕРНЫМИ БАКТЕРИЯМИ»

ПРИКЛАДНАЯ БИОХИМИЯ И МИКРОБИОЛОГИЯ, 2011, том 47, № 3, с. 302-307

УДК 581.1:58.07.071

ВЛИЯНИЕ НА РАСТЕНИЯ ФИТОГОРМОНОВ, СИНТЕЗИРУЕМЫХ РИЗОСФЕРНЫМИ БАКТЕРИЯМИ

© 2011 г. М. Г. Соколова*, Г. П. Акимова*, О. Б. Вайшля**

*Сибирский институт физиологии и биохимии растений Сибирского отделения РАН, Иркутск, 664033

e-mail: SokolovaMG@sifibr.irk.ru **Томский государственный университет, Томск, 634050 Поступила в редакцию 18.03.2010 г.

Новые штаммы ризосферных микроорганизмов Azotobacter chroococcum Az d10, Bacillus megaterium Pl-04 и Bacillus mucilaginosus B-1574 способны к синтезу цитокининов (ЦК) и индолилуксусной кислоты (ИУК). Обнаружено три формы ЦК: дигидрозеатинрибозид, изопентениладенозин, трансзеа-тинрибозид, соотношение между которыми было различно в трех бактериальных культурах. Инокуляция растений огурца (Cucumissativus L.) приводила к повышению в них ЦК — на 35.6%, ИУК — на 21.3% и увеличивала прорастание семян, скорость роста, биомассу проростков, количество боковых корней и площадь распространения корневых волосков, что способствовало лучшему питанию растений. Соотношение ИУК/ЦК при бактеризации сдвигалось в сторону ЦК за счет возрастания их рибозидных форм, что, вероятно, и обуславливало стимуляцию роста.

Почвенные микроорганизмы находятся в тесных и многообразных взаимосвязях с корневой системой высших растений. Эффект от этого взаимодействия может быть различным [1]. Существуют ассоциативные бактерии, обитающие в прикорневой зоне, которые оказывают на растения значительное позитивное влияние [2, 3]. В последнее время активно изучаются стимулирующие рост растений ризобактерии [4—6], инокуляция которыми позволяет направленно регулировать состав и численность микрофлоры на корнях в соответствии с потребностями и возможностями растений [7, 8]. Применение бактеризации растений в настоящее время является одним из наиболее перспективных экологических направлений современного агропроизводства [4, 9].

Микроорганизмы могут способствовать росту и повышению устойчивости растений за счет синтеза ими фитогормонов, в частности ауксинов и цитокининов (ЦК) [10, 11]. Существует распространенное мнение о том, что свойство продуцировать фитогормоны присуще многим ризосфер-ным микроорганизмам, хотя этому нет убедительных доказательств [12]. Отмечается, что корень является одним из органов растения, наиболее восприимчивых к колебаниям концентрации ауксина — индолилуксусной кислоты (ИУК) [13]. Экскреция фитогормонов часто помогает бактериям занять определенную экологическую нишу и повлиять на метаболизм растения в собственных интересах [14].

Инокуляция растений специфическими микробными препаратами с целью увеличения урожайности сельскохозяйственных культур стано-

вится весьма привлекательной и уже используется в практике во многих регионах мира [2, 4, 15]. Прирост урожая, обусловленный бактериальной инокуляцией, связывают, помимо прочего, с продукцией микроорганизмами фитогормонов. По мнению некоторых авторов, микроорганизмы для инокуляции растений должны отбираться по способности синтезировать рострегулирующие вещества [16, 17].

Остается открытым вопрос относительно механизмов действия ассоциативных микроорганизмов на растения. Выяснение тонких механизмов формирования и функционирования уникальных биологических систем — ассоциаций бактерий и растений — представляет значительный фундаментальный интерес [1, 3]. Эти исследования необходимы также для решения практических задач дальнейшего улучшения эффективности применения бактериальных биопрепаратов в сельскохозяйственном производстве. Однако многие вопросы фитомикробных отношений на физиолого-биохимическом уровне остаются недостаточно изученными.

Цель работы — изучение возможности ризобак-терий родов Azotobacter и Bacillus к синтезу фитогормонов (ИУК и ЦК) и их влияние на рост растений.

МЕТОДИКА

Объекты исследования. Новые штаммы ризосферных микроорганизмов Azotobacter chroococcum, Bacillus megaterium и Bacillus mucilaginosus были впервые выделены из серых лесных почв Западной Си-

бири в Томском госуниверситете. Это жидкие чистые культуры живых почвенных бактерий трех видов. Они являются нетоксичными, безопасными для человека и животных и используются как экологически чистые биологические удобрения [5].

Azotobacter chroococcum (штамм Az d10, BKM B-2272 Д) — культура свободноживущих почвенных азотфиксаторов [18]. Это новый уникальный штамм бактерий, преимуществом которого является способность к продуцированию фитогормо-нов и устойчивость к дельтаметрину. A. chroococcum поставляет аммонийную форму азота в ризосферу растений. Штамм селекционирован по способности продуцировать ИУК, ЦК, антибиотические вещества и возможности выдерживать такие концентрации дельтаметрина, которые используют в практике сельскохозяйственных работ, что позволяет применять эти бактерии совместно с пестицидами при прополке посевов.

Bacillus megaterium var. phosphaticum (штамм Pl-04, BKM B-2357 Д) — культура живых почвенных кислотообразующих бактерий [19], которая переводит фосфор из нерастворимой формы в доступную для растений и стимулирует процесс кор-необразования.

Bacillus mucilaginosus (BKM B-1574) — культура силикатных бактерий, способных выщелачивать кремний, другие макро- и микроэлементы из природных силикатов и поставлять их в ризосферу растений.

Определение ростстимулирующей активности биопрепаратов. Проводили модельные эксперименты по влиянию чистых культур ризосферных бактерий на ростовые параметры проростков огурца (Cucumis sativus L.) сорта "Изящный" (энергию прорастания семян, скорость роста корней проростков) в кюветах на фильтровальной бумаге, смоченной растворами культур, проращивали по 100 семян огурца. Использовали несколько концентраций растворов чистых культур: 0.5; 1.0 и 2.0 мл/л. Рабочий раствор препаратов чистых культур, рекомендованный для полевых опытов — 0.5 мл/л. Титр бактерий в рабочем растворе 106 кл./мл (106 КОЕ/мл).

Определение содержания ЦК и ИУК. Использовали 45-дневные растения огурца. Выращивание растений проводили в почвенной культуре (чернозем выщелоченный — содержание гумуса 8.4%; рН солевой вытяжки 5.8; NH4 — 14; N03 — 15; Р2О5 — 70; К2О — 80 мг/100 г почвы); при освещенности 40 Вт/м2 и 14-часовом фотопериоде. В каждом варианте ставили контроль — стерильная почва и питательная среда; и опыт — стерильная почва и культура бактерий: рабочий раствор содержал не менее 106 КОЕ/мл. Почву поливали во всех вариантах объемом воды, составляющим 60% от полной вла-гоемкости почвы. Бактеризацию проводили по предварительно увлажненной почве, в день посад-

ки растений, на 7 и 15 сутки онтогенеза. Норма расхода препарата составляла 20 мл рабочего раствора на 100 г почвы.

Выделение фитогормонов из фильтрата культу-ральной жидкости. Бактериальные клетки осаждали из свежей 2-суточной культуры того или иного вида бактерий в рефрижераторной центрифуге (8000 g, 15 мин, 4°С). Супернатант депротеинизи-ровали 96%-ным этанолом и центрифугировали (12000 g, 10 мин). Надосадочную жидкость использовали для определения количества гормонов. Пробы для определения ИУК подкисляли до рН 2.5 10%-ным раствором H2SO4, затем метилировали эфирным раствором диазометана с последующим выпариванием спирта, эфира и диазометана.

Выделение фитогормонов из растительной ткани.

Количество ИУК и ЦК определяли в третьем настоящем листе, закончившим рост. Материал фиксировали жидким азотом, экстрагировали горячим 70%-ным этанолом, упаривали экстракт до водного остатка и делили на две части: ИУК экстрагировали диэтиловым эфиром при рН 2.5, а ЦК — бута-нолом при рН 8.0. Разделение фитогормонов проводили с помощью тонкослойной хроматографии на пластинках "Silufol UV-254" (Чехия): ИУК в системе растворителей этилацетат—хлороформ—уксусная кислота (100 : 100 : 1 по объему), ЦК — в дистиллированной воде. Для идентификации веществ на хроматограмме использовали стандартные образцы ("Serva", Германия). После разделения гормонов вырезали интересующие зоны на пластинке и элюировали 96%-ным этанолом. Пробы для определения ИУК метилировали эфирным раствором диазометана.

Количественное определение фитогормонов. Использовали твердофазный иммуноферментный метод [20] с наборами ELISA ("Olchemim", Чехия), позволяющими обнаружить от 0.01 до 10 пМ гормона в 50 мкл пробы. Определяли количество транс-зеатинрибозида, дигидрозеатинрибозида, изопен-тиладенозина и ИУК. Оптическую плотность проб и концентрацию гормонов измеряли на многофункциональном анализаторе Victor ("Pribori Oy", Финляндия).

Результаты обработаны статистически методом дисперсионного анализа. Опыты проводили в 3-кратной биологической повторности. В таблицах приведены средние арифметические величины и их стандартные ошибки.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Ризосферные бактерии A. chroococcum, В. megaterium и В. mucilaginosus положительно влияли на ростовые процессы огурца. Всхожесть семян повышалась через 2 сут воздействия на 10—17%, через 3 сут — на 14—28%. Максимальное влияние бактериальные культуры оказали в концентрации 2 мл/л.

Таблица 1. Содержание ЦК (нг/мл) и ИУК (мкг/мл) в 2-суточной культуральной жидкости ризосферных бактерий

Фитогормон A. chroococcum В. megaterium В. mucilaginosus

Дигидрозеатинрибозид 23.3 ± 0.53 18.6 ± 4.73 26.4 ± 1.07

Изопентениладенозин 10.5 ± 0.31 37.2 ± 2.52 34.2 ± 1.26

Трансзеатинрибозид 7.6 ± 0.09 6.2 ± 0.38 4.9 ± 0.28

Общее содержание ЦК 41.4 ± 0.62 62.0 ± 5.35 65.5 ± 1.68

ИУК 15.3 ± 0.64 12.0 ± 0.42 9.3 ± 0.35

Соотношение ИУК/ЦК 370 : 1 194 : 1 142 : 1

При бактеризации проростки огурца имели хорошо развитые боковые корни. Корни выглядели более объемными по сравнению с контролем, корневые волоски покрывали большую поверхность корня, область опушенности смещалась к кончику корня. Вероятно, это способствовало лучшему всасыванию минеральных веществ, что улучшало ростовые процессы в корне и в целом растении.

Бактеризация способствовала возрастанию массы корней. Прирост корня и скорость роста проростков повысились на 7.8% при обработке A. chroococcum в концентрации 2 мл/л. Совместное влияние трех культур на прор

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