ФЕНОТИПИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ НЕЭФФЕКТИВНОЙ АРБУСКУЛЯРНОЙ МИКОРИЗЫ МУТАНТА ЛЮЦЕРНЫ ХМЕЛЕВИДНОЙ ( MEDICAGO LUPULINA L. VAR. VULGARIS KOCH) В АССОЦИАЦИИ С ГРИБОМ GLOMUS INTRARADICES [2]

КУРЕНКОВ А.А.; ПОЛТЕВА О.В.; ЮРКОВ А.П.; ЯКОБИ Л.М.

Генетика

Куренков А. А., Полтева О.В.,

Якоби Л.М., научный сотрудник Юрков А.П., кандидат биологических наук, старший научный сотрудник, доцент Российского государственного гидрометеорологического университета

(Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии Российской академии сельскохозяйственных наук)

ФЕНОТИПИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ НЕЭФФЕКТИВНОЙ АРБУСКУЛЯРНОЙ МИКОРИЗЫ МУТАНТА ЛЮЦЕРНЫ ХМЕЛЕВИДНОЙ

(MEDICAGO LUPULINA L. VAR. VULGARIS KOCH) В АССОЦИАЦИИ С ГРИБОМ GLOMUS INTRARADICES1

На сильномикотрофной линии MlS-1 люцерны хмелевидной (Medicago lupulina L. var. vulgaris Koch) получен мутант (линия III-1-18), имеющий признаки карликовости на почве с низким содержанием доступного для питания растений фосфора (Рд) и образующий неэффективную дистрофную арбускулярную микоризу (АМ) Arum-типа в ассоциации с грибом Glomus intraradices. Мутация специфична для АМ в условиях низкого уровня Рд в почве.

Ключевые слова: арбускулярная микориза, люцерна хмелевидная, Glomus intraradices, мутагенез, симбиотическая эффективность.

PHENOTYPICAL FEATURES OF NON-EFFECTIVE ARBUSCULAR MYCORRHIZA OF BLACK MEDIC (MEDICAGO LUPULINA L. VAR. VULGARISKOCH) MUTANT WITH FUNGUS GLOMUS INTRARADICES

The mutant (III-1-18 line) was selected from black medic (Medicago lupulina L. var. vulgaris Koch) MlS-1 line, was characterized by dwarf symptoms under condition of low available phosphorus (Pi) level in soil, and formed non-effective dystrophic arbuscular mycorrhiza (AM) of Arum-type with fungus Glomus intraradices. The mutation was specific for AM under low Pi level in soil.

Keywords: arbuscular mycorrhiza, black medic, Glomus intraradices, mutagenesis, symbiotic efficiency.

Введение. Арбускулярная микориза (АМ) - это широко распространенная в природе ассоциация грибов и растений. Грибы, образующие АМ, относятся к монофилетической филе Glomeromycota. В настоящее время известно приблизительно 150 видов АМ-грибов в составе 9 родов (Смит, Рид, 2012). АМ-грибы получают от растения-хозяина углеводы, колонизируют межклетники и клетки коры корня, развивают внекорневой мицелий и снабжают растение питательными элементами такими как: Zn, Cu, N в виде аммония, Ca, Mg, K и особенно P; а также снабжают растения водой (Смит, Рид, 2012). Обмен углеводами и минеральными питательными веществами в АМ должен контролироваться обоими партнерами с целью устойчивого эволюционно стабильного мутуализма. Исследования подтверждают существование тесной функциональной связи между углеродным и фосфорным обменами в АМ (Hammer

1 © А.А. Куренков, О.В. Полтева, Л.М. Якоби, А.П. Юрков, 2013 г.

et al., 2011). Несмотря на значительные успехи в изучении АМ, остаются до конца не выясненными механизмы, лежащие в основе ее эффективности.

Говоря о роли АМ в жизни растений, в первую очередь, отмечают ее положительное влияние на фосфорное питание макросимбионта. Метаболизм P в гифах АМ-грибов хорошо изучен (Gianinazzi-Pearson, Gianinazzi, 1983), но биохимический механизм транспорта P из гриба в растение все еще не ясен (Смит, Рид, 2012). Арбускулы рассматриваются как основные структуры, благодаря развитию которых осуществляется транспорт P из гриба в растение (Смит, Рид, 2012). Косвенным доказательством участия арбускул в транспорте фосфора является локализация в них щелочной фосфатазы, о чем свидетельствуют цитогистохими-ческие исследования (Tisserant et al. 1993).

Для изучения того, как функционирует АМ, требуется проведение молекулярно-генетических, биохимических и цитологических исследований. Большое значение имеет выбор модельных растительных объектов, включая растительные симбиотические мутанты. Для получения симбиотических мутантов с нарушениями в развитии и функциональной деятельности АМ авторами выбрана сильномикотрофная линия MlS-1 люцерны хмелевидной (Medicago lupulina L. var. vulgaris Koch). Линия MlS-1 получена в результате индивидуального отбора из примитивного сорта ВИК-32 (Юрков, Якоби, 2011), образует микоризу Arum-типа c грибом Glomus intraradices и имеет нормальный фенотип колонизации АМ (Myc+). При выращивании на почве с низким уровнем доступного для питания растений P (Рд) без микоризации линия MlS-1 имеет признаки карликовости (ограниченный рост стебля, слабое или полное отсутствие бокового ветвления, мелкая листовая пластинка, тонкий стебель) и гиперотзывчива на инокуляцию грибом G. intraradices (Юрков, Якоби, 2011). При внесении P-удобрения растение нормально развивается, т.е. способно к автотрофному P-питанию при высоком содержании Рд в почве.

На линии MlS-1 в результате мутагенеза этилметансульфонатом авторами получен мутант (линия III-1-18), имеющий признаки карликовости при выращивании на почве с низким Рд в почве в условиях инокуляции грибом G. intraradices, в ассоциации с которым образует микоризу Arum-типа. Мутант был отобран из популяции мутагенизированных растений М2, высаженных на почву с низким уровнем Рд в условиях инокуляции грибом G. intraradices (Юрков, Якоби, 2011). Признак карликовости стабильно наследовался в ряду поколений до M9, включительно. Мутант хорошо отзывается на внесение P-удобрения, т.е. способен к автотрофному фосфорному питанию при высоком содержании Рд в почве.

В цели настоящего исследования входило проведение фенотипического анализа развития микоризы у мутанта III-1-18 с оценкой АМ-эффективности в условиях низкого уровня Рд в почве, а также анализ способности мутанта к образованию ризобиальных клубеньков в ассоциации с Sinorhizobium meliloti в условиях высокого уровня Рд в субстрате.

Материалы и методы. Растительный материал: мутантная линия III-1-18 люцерны хмелевидной, а также исходная линия MLS-1, служащая в качестве варианта сравнения.

Микоризный и ризобиальный инокулюмы. Для инокуляции растений с целью образования АМ используется изолят CIAM8 гриба G. intraradices из коллекции ГНУ ВНИИСХМ Рос-сельхозакадемии. Гриб является облигатным симбиотрофом, поэтому в лабораторных условиях поддерживается на плектрантусе (Plectranthus australis L.); для инокуляции растений были взяты корни с АМ в возрасте 6 мес, в контроле для инокуляции взяты корни без АМ.

С целью проверки способности мутанта к образованию ризобиальных клубеньков, растения были высажены в пробирки с почвенно-песчано-вермикулитовой смесью с добавлением питательной среды Красильникова-Кореняко, затем инокулировали штаммом 1760 Sinorhizobium meliloti из коллекции ГНУ ВНИИСХМ Россельхозакадемии.

Методика вегетационного эксперимента по оценке АМ-эффективности растений была нацелена на создание оптимальных условий для развития АМ, описана в работе А.П. Юркова с соавт. (Юрков и др., 2007). Уборка растений - на 55 сут от посадки проростков. Методика

микровегетационного эксперимента по оценке способности растений к образованию клубеньков аналогична, описанной в работе А.П. Юркова с соавт. (Юрков и др., 2012).

Микроскопический анализ развития АМ проведен с применением метода окрашивания образцов корней, разработанного Дж. Филлипсом и Д. Хейманом для оценки АМ-инфекции в корнях бобовых растений. При оценке основных количественных и качественных характеристик АМ использован метод световой микроскопии и разработанная А.П. Юрковым компьютерная программа «Mycorrhiza 1.0». Процедура, включающая методы окрашивания и оценки АМ, описана в работе А.П. Юркова с соавт. (Юрков и др., 2010).

Эффективность АМ оценивалась как прибавка показателей продуктивности растений. С этой целью весовым методом определялась биомасса надземных частей и корней у растений с АМ и без АМ, а также аккумуляция фосфора в надземных частях и корнях этих растений. Содержание валового фосфора в растении проводили по методу Труога и Мейера (Соколов, 1975).

Статистическая обработка результатов проводилась с использованием программы Statistica 6.0 for Microsoft Windows. Различия средних значений показателей определялись по ¿-критерию Стьюдента при P<0.05. Минимальная биологическая повторность опытов составила 15 растений.

Результаты и обсуждение. Анализ структуры АМ проводился на 55 сут от посадки проростков в фазу "зеленый плод" у линии MlS-1. Мутантные растения отставали в развитии и находились в момент анализа в фазе вегетации ("стеблевание"). Результаты анализа встречаемости (F, %) и структуры микоризы представлены в таблице.

Таблица

Показатели микоризации растений люцерны хмелевидной на 55 сут от посадки

Линия F, % M, % m, % A, % a, % B, % b, %

MlS-1 мутант III-1-18 67,7 37,5* 28,2 14,3* 41,6 37,8 14,3 5,0* 51,0 34,6 6,0 0,8* 20,3 5,2*

Примечание: 37,5* - значения показателей микоризации корней мутанта 111-1-18, достоверно (Р<0,05) отличающиеся от значений у исходной линии М18-1.

Данные, полученные в этот период на линии М1Б-1 свидетельствуют об интенсивной колонизации корней грибом АМ, о чем свидетельствуют высокие значения Г, интенсивности роста мицелия (М, %) и величины колонизации сегментов корня с микоризой (т, %) (см. таблицу). У мутанта в тех же условиях колонизация корней АМ-грибом была существенно (Р<0,05) ниже: в 1,8 раза по Г, в 2,0 раза по М, чем у исходной линии. В тоже время у мутанта значения параметра т были на уровне значений у исходной линии. Это может свидетельствовать о том, что у разных исследуемых линий в микоризованной зоне кортекса происходит разрастание мицелия АМ-гриба с одинаковой интенсивностью.

Важными функционально значимыми структурами АМ являются арбускулы. У исходной линии М1Б-1 в период учета интенсивность образования арбускул (А) и обилие арбускул в микоризованном участке кортекса (а) были высокими (таблица). В то же время у мутанта развитие арбускул было существенно (Р<0,05) ниже: в 2,9 раза по А. Величина а у мутанта была лишь в 1,5 раза ниже, чем у исходной линии, в связи с чем, можно заключить, что в ми-коризованной зоне образование арбускул у мутанта осуществляется достаточно интенсивно. Известно, что период жизни арбускулы относительно короткий - 4-5 сут (Jacque1inet-1еапшои§т et а1., 1987). В конце этого цикла стенки гиф схлопываются. Клетка растения возвращается в свое первоначальное состояние и может быть повторно

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.