АГРОХИМИЯ, 2015, № 7, с. 34-41
Регуляторы роста растений
УДК 577.175.1:633.34:581.557
ВЛИЯНИЕ ПРЕПАРАТА ЭПИН-ЭКСТРА НА СОДЕРЖАНИЕ ФИТОГОРМОНОВ В РАСТЕНИЯХ СОИ РАЗНЫХ СОРТОВ И ЭФФЕКТИВНОСТЬ СИМБИОЗА
© 2015 г. О.Г. Волобуева
Российский государственный аграрный университет - МСХА им. К.А. Тимирязева 125550 Москва, ул. Тимирязевская, 49, Россия E-mail: ovolobueva@list.ru
Поступила в редакцию 20.02.2015 г.
В условиях вегетационного опыта изучали влияние препарата эпин-экстра на содержание и соотношение фитогормонов, эффективность симбиоза и ультраструктуру клубеньков растений сои разных сортов. Установлена корреляция между симбиотической азотфиксацией и ультраструктурой клубеньков. Показана сортовая реакция растений на обработку препаратом эпин-экстра: наибольшей отзывчивостью характеризовался сорт сои Свапа. В клубеньках растений этого сорта обработка препаратом эпин-экстра на фоне инокуляции ризоторфином приводила к увеличению площади и числа симбиосом, бактероидов, включений волютина, снижению площади и числа включений поли^-оксимасляной кислоты (ПОМ). Отмечено повышение азотфиксирующей активности в клубеньках растений на фоне увеличения содержания ИУК - в корнях с клубеньками, ЦК и АБК - в листьях и стеблях, ГК - в листьях, стеблях и корнях с клубеньками. Показано положительное влияние ризоторфина на рост, развитие и азотфиксирующую активность растений сои сорта Магева. Ключевые слова: препарат эпин-экстра, фитогормоны, растения сои (Glycine max (L.) Merr.), симбиоз.
Экологическая система "симбионт ЯЫгоЫит-хозяин бобовое растение" эволюционирует в направлении совершенствования взаимоотношений между вирулентными и эффективными клубеньковыми бактериями и соответствующим растительным партнером [1, 2]. Основу этого взаимодействия составляют, во-первых, преемственная цепь последовательно или одновременно замещающих друг друга структурных образований, выделяющих фитогормоны после первичного гормонального импульса ауксинами. Во-вторых, в симбиозе функционирует сложный нитроге-назный комплекс, катализирующий процесс восстановления молекулярного азота до аммония. Оба партнера постоянно обмениваются своими метаболитами: растения - продуктами фотосинтеза, бактерии - фиксированным азотом и биологически активными веществами. Уникальная функция клубеньковых бактерий по фиксации атмосферного азота приобретает особое значение в связи с усилением антропогенного воздействия на агросистемы и возможностью использования биологических механизмов питания растений.
Формирование бобово-ризобиального симбиоза обусловлено специфическими механизмами сигнальных взаимодействий и взаимной метаболической интеграцией микро- и макросимбионта [3, 4]. Однако самообеспечение по отношению к факторам роста у ризобий не автономно и, по-видимому, в значительной степени зависит от растительного партнера. Одним из условий успешного образования и эффективного функционирования симбиотических микробно-растительных систем может служить использование регуляторов роста [5-7].
К инструментам воздействия на систему симбиотической азотфиксации организма хозяина относится гормональная регуляция симбиоза, влияющая на формирование и длительность активного существования клубеньков. Поэтому важно исследовать, каким образом экзогенное внесение регулятора роста оказывает влияние на эндогенный уровень фитогормонов, какие при этом происходят изменения в клубеньках растений сои в период наивысшей азотфиксирующей активности. Цель работы - изучение влияния
предпосевной обработки семян препаратом эпин-экстра и биопрепаратом ризоторфин на содержание и соотношение фитогормонов в листьях, стеблях и корнях с клубеньками, эффективность симбиоза и ультраструктуру клубеньков растений сои разных сортов.
МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ
Объектом исследования были растения сои (Glycine max (L.) Merr.) сортов Магева и Свапа. Магева - сорт селекции Рязанского НИПТИ АПК, выведен методом индивидуального отбора из мутантной популяции, раннеспелый, содержание белка в зерне - 40, жира - 19%, сорт слабо восприимчив к бурой ржавчине. Свапа - сорт селекции ВНИИЗБК (г. Орел), скороспелый, имеет детерминантный тип стебля, высокотехнологичный, отличается неосыпаемостью семян и нерас-трескиваемостью бобов, содержание белка - 38.5, жира - 22.4% [8].
Растения выращивали в условиях вегетационного домика лаборатории азотного обмена ИФР им. К.А. Тимирязева (г. Москва) в сосудах с 6 кг кварцевого песка на модифицированной безазотной питательной смеси Кнопа. Азот вносили в виде Ca(NO3)2 в дозе 430 мг на сосуд в фазе 4-го листа, а затем через 2 нед вносили смесь Кнопа с микроэлементами по Ринькису [9].
Семена сои сортов Магева и Свапа замачивали в течение 3 ч в растворе препарата эпин-экстра в концентрации 10-6 М. Непосредственно перед посевом их обрабатывали ризоторфином по схеме, варианты: 1 - инокуляция ризоторфином, сорт Магева; 2 - семена обработаны эпином-экстра на фоне инокуляции ризоторфином, сорт Магева; 3 - инокуляция ризоторфином, сорт Свапа; 4 -семена обработаны эпином-экстра на фоне инокуляции ризоторфином, сорт Свапа. Повторность пятикратная, в каждом сосуде выращивали по 10 растений.
Ризоторфин (Bradyrhizobium japonicum штамм 634), эффективный для сои, получен во ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии (г. С.-Петербург). Биопрепарат ризоторфин рекомендован для предпосевной обработки семян бобовых растений, его применение обеспечивает высокую эффективность фиксации молекулярного азота симбиотической системой [10].
Эпин-экстра - синтетический аналог брассино-стероидов, действующее вещество - эпибрассино-лид (ЭПБ). Это фитогормон широкого диапазона действия, вызывающий большой спектр клеточ-
ных ответов, включая рост растений, прорастание семян, фиксацию азота, повышение устойчивости к биотическим и абиотическим стрессам [11-14]. Препарат эпин-экстра был приобретен во ВНИИА им. Д.Н.Прянишникова (г. Москва).
Содержание фитогормонов (индолилуксусной кислоты - ИУК, цитокининов - ЦК, абсцизовой кислоты - АБК) в листьях, стеблях, корнях с клубеньками определяли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) по методике, разработанной в лаборатории регуляторов роста и развития сельскохозяйственных растений РГАУ-МСХА им. К.А. Тимирязева [15].
Биологическую активность гибберелловой кислоты (ГК) определяли по росту гипокотилей салата сорта Берлинский, содержание - по калибровочной кривой, для построения которой использовали ГК (производство РФ). Условия хромато-графирования для определения фитогормонов изложены ранее [16]. Ошибка определения содержания фитогормонов не превышала 20%. Содержание фитогормонов определяли в фазе плодооб-разования - в период высокой азотфиксирующей активности сои. В процессе вегетации проводили фенологические наблюдения за динамикой роста и развития растений сои, учитывали массу и количество клубеньков по методу [17]. Для электронно-микроскопических исследований фиксацию клубеньков в глютаральдегиде проводили по методу [18]. Срезы получили на ультрамикротоме 'ЪКВ-3" (LKB, Швеция), контрастировали 1%-ным водным раствором уранилацетата и 0.2%-ным цитратом свинца. Их просматривали под электронным микроскопом "TEMSCAN 100СХ2" (JEOL, Япония). Морфометрические исследования провели на приборе "MOP-VIDEOPLAN" фирмы (Reichert, Австрия), статистическую обработку результатов - с использованием программы Statistica for Microsoft Windows.
РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
В результате проведенного исследования с растениями сои разных сортов, семена которых были обработаны ризоторфином и препаратом эпин-экстра, отмечено изменение содержания фитогормонов в вегатативных органах растений.
Сорт Магева. В листьях сои сорта Магева под влиянием ризоторфина и совместного применения препарата эпин-экстра с ризоторфином содержание ИУК не изменилось, оно уменьшилось в стеблях при обработке эпином-экстра на фоне инокуляции и значительно возросло в корнях с
клубеньками при обработке только ризоторфином (рис. 1а). Вероятно, это было связано с тем, что сами клубеньковые бактерии участвуют в синтезе ИУК. Ауксины ризобий в дополнении к ауксинам растений изменяют ритм клеточного деления. Существенная функция этого соединения связана в значительной степени с его способностью, при увеличении содержания, вызывать приток и перераспределение пластических веществ, необходимых для осуществления интенсивного нарастания ткани. Согласно данным, ауксин, содержащийся в корнях, является как продуктом собственного синтеза, так и результатом притока из надземной части растений [19, 20]. Поэтому можно полагать, что часть ИУК транспортировалась из листьев и стеблей в корни.
Наибольшее содержание ЦК в растениях сои сорта Магева наблюдали при обработке ризотор-фином в корнях с клубеньками, а также в листьях и стеблях (рис. 1б). Известно, что высоковирулентные штаммы КЬггоЬтт обладают повышенной способностью продуцировать ЦК, и именно им отводят важную роль в формировании клубенька [21]. ЦК повышают аттрагирующую способность клеток макросимбионта, что обусловлено их влиянием на функциональную активность клеточных мембран [22]. Возможно, наибольшее содержание ЦК в корнях с клубеньками объясняется тем, что некоторые бактерии, ассоциированные с макросимбионтом, способны синтезировать большие количества фитогормонов, в том числе ЦК [23].
Гиббереллины в отличие от ИУК и ЦК в меньшей степени дезорганизуют деятельность меристемы, хотя и усиливают митотическую активность. Обычно гиббереллины способствуют увеличению количества эндогенных ауксинов в растениях, под влиянием ГК также усиливается синтез белка и действие ЦК. Гиббереллины стимулируют удлинение побегов, но оказывают очень слабое влияние или не влияют на рост корней. Содержание ГК в растениях сои сорта Магева при совместной обработке эпином-экстра и ризотор-фином не изменялось в листьях и уменьшалось в стеблях и корнях с клубеньками (в 1.7 и 9 раз соответственно) (рис. 1в).
Содержание АБК в растениях сои сорта Магева в варианте с обработкой препаратом эпин-экстра на фоне инокуляции ризоторфином повышалось в листьях и снижалось в стеблях и корнях с клубень
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.