Юрков А.П., кандидат биологических наук, научный сотрудник Якоби Л.М., научный сотрудник (Всероссийский научно-исследовательский институт сельскохозяйственной микробиологии Российской академии сельскохозяйственных наук)
Степанова Г.В., кандидат сельскохозяйственных наук, зав. лабораторией Всероссийского научно-исследовательского института кормов им. В.Р. Вильямса Российской академии сельскохозяйственных наук
Кожемяков А.П., кандидат биологических наук, руководитель лаборатории Всероссийского научно-исследовательского института сельскохозяйственной микробиологии Российской академии сельскохозяйственных наук Шишова М.Ф., доктор биологических наук, профессор Санкт-Петербургского государственного университета
Завалин А.А., доктор сельскохозяйственных наук, член-корреспондент, академик-секретарь Российской академии сельскохозяйственных наук, зав. лабораторией
(Всероссийский научно-исследовательский институт агрохимии им. Д.Н. Прянишникова)
ВЛИЯНИЕ АРБУСКУЛЯРНОЙ МИКОРИЗЫ НА РОСТ И РАЗВИТИЕ ЛЮЦЕРНЫ ХМЕЛЕВИДНОЙ В УСЛОВИЯХ СРЕДНЕГО СОДЕРЖАНИЯ ДОСТУПНОГО ДЛЯ
РАСТЕНИЙ ФОСФОРА В ПОЧВЕ1
Выявлена ранняя микоризация люцерны хмелевидной (7е сут от посева проростков) в условиях среднего уровня доступного для питания растений фосфора в почве. Усиление на 80% фосфатного питания растений за счет микоризации в фазу 1го настоящего листа (14е сут) сопровождалось усилением развития фотоассимиляционного аппарата: площадь листовых пластинок в 2,1 раза выше у растений с АМ, чем у растений без АМ в фазу «начало стеблевания» (21е сут). Таким образом, исследуемая быстроот-зывчивая на микоризацию линия люцерны хмелевидной может быть использована в качестве модельного растения при изучении механизмов, контролирующих симбиотическую эффективность АМ, не только в условиях низкого, но и среднего уровня фосфора в почве.
Ключевые слова: арбускулярная микориза, люцерна хмелевидная, Glomus intraradices, фосфатное питание растений.
EFFECT OF ARBUSCULAR MYCORRHIZA ON GROWTH AND DEVELOPMENT OF BLACK MEDIC UNDER CONDITION OF LOW PHOSPHORUS (AVAILABLE FOR PLANTS) LEVEL IN SOIL
Black medic is characterized by early response to mycorrhization at the 7th day after sowing in condition of middle level of phosphorus (available to plants) in soil. As a result, arbuscular mycorrhiza (AM) enhanced phosphorus uptake by plants up to 80% at stage of the 1st leaf development (14th day) and led to intensification of assimilation apparatus development expressed in twofold leaf surface of AM-plants in comparison with nonmycorrhizal plants on «spring stooling» stage (21st day). Thus, analyzed black medic line
1 © А.П. Юрков, Л.М. Якоби, Степанова Г.В., А.П. Кожемяков, М.Ф. Шишова, A.A. Завалин, 2010 г.
with a quick response to mycorrhization can be used as a model plant to investigate the mechanisms, controlling symbiotic efficiency of AM under condition of the both low and middle levels ofphosphorus in soil.
Keywords: arbuscular mycorrhiza, black medic, Glomus intraradices, phosphorus uptake by plants.
Введение. Арбускулярная микориза (АМ) является наиболее широко распространенной и экологически значимой микробно-растительной ассоциацией (Schachtman et al., 1998). В образовании АМ участвуют грибы типа Glomeromycota и около 85% всех наземных растений (Renker et al., 2003). Грибы АМ характеризуются отсутствием специфичности во взаимодействии с растением-хозяином, являются облигатными симбионтами, т. е. не способны к самостоятельному росту и развитию без растения-хозяина. АМ способствует минеральному питанию растений. Особое значение АМ имеет в адаптации растений к условиям низкого уровня доступного для питания растений фосфора (Рд) в почве (Юрков с соавт., 2007). В силу низкой подвижности фосфорных соединений в почве, влияние АМ на фосфорное питание растений актуально как на бедных, так и на среднеокультуренных почвах. Активность АМ выявляется также на хорошо окультуренных почвах у высоко симбиотрофных растений. Поэтому в связи с развитием системы устойчивого земледелия становится актуальным проведение селекции растений на повышение симбиотического потенциала с грибами АМ. Высокая значимость АМ для растений определила интерес исследователей к изучению механизмов, управляющих становлением и развитием эффективного АМ-симбиоза. С этой целью проведены эксперименты по изучению влияния АМ на рост и развитие растений люцерны в условиях низкого (Юрков с соавт., 2009) и среднего уровня (настоящая работа) фосфора в почве.
Материалы и методы. Объекты исследования. В качестве микосимбионта в работе использован высокоэффективный штамм АМ-гриба Glomus intraradices Shenck&Smith - изолят CIAM8 из коллекции лаборатории №4 ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии. Данный штамм был выделен в 1980-е гг. из дерново-подзолистой почвы Ленинградской области (Якоби с соавт., 2000). Гриб является облигатным симбионтом, поэтому в лабораторных условиях поддерживается на плектрантусе (Plectranthus australis L), согласно методическим разработкам С. Джианиназзи с соавторами (Gianinazzi et al., 2002). Для проведения исследований использована линия яровой сор-топопуляции ВИК32 (сп. ВИК32) люцерны хмелевидной. Люцерна хмелевидная (Medicago lupulina L.) - один из наиболее широко распространенных видов рода Medicago L. (подрод Lupularia (Ser.) Grossh., сем. Fabáceae Endl.). Диплоид (2n = 16), самоопылитель. В условиях роста на почве с низким содержанием Рд растения сп. ВИК32 обладают признаками карликовости в контроле без инокуляции АМ-грибом (укороченный стебель, слабое развитие корней, мелкие листовые пластинки, отсутствие кущения) и нормальным развитием в варианте с инокуляцией АМ-грибом (Рис. 1) (Юрков, Семенов, 2008; Юрков с соавт., 2008, 2009). На основании этого сп. ВИК32 охарактеризована как облигатно-микотрофная в условиях низкого Рд в почве (Юрков А.П. с соавт., 2009) и рассматривается как удобный модельный объект для проведения исследований роста и развития АМ в данных условиях.
В работе применена методика вегетационного эксперимента, используемого для создания оптимальных условий для развития АМ и позволяющего избежать спонтанного заражения ризо-биями и иными симбиотическими микроорганизмами. Перед проращиванием семена очищали от створок, стерилизовали концентрированной серной кислотой в течение 7 минут и промывали стерилизованной водой. Проращивание проводили на влажной стерилизованной фильтровальной бумаге в чашках Петри при температуре +27°С. Затем проростки высаживали в стерильную почву и выращивали в стерилизованном ультрафиолетом (до постановки опыта) световом боксе с неактивной вентиляцией. Режим смены дня и ночи: 18 и 6 часов, соответственно. Агрохимическая характеристика почвы представлена в работе А.П. Юркова с соавторами, 2007 (Юрков с соавт., 2007). Для получения средней концентрации P в почве внесено 17,2 мг CaHPO4*2H2O на 100 г почвы, что составляет 1 дозу по Прянишникову (Клечковский, Петербургский, 1967). Конечное содержание Р составило 111 мг P205 (48 мг Р) на 1 кг почвы.
Рис. 1. Растения сп. ВИК32 Medicago lupulina с инокуляцией (справа) и без инокуляции (слева) грибом арбускулярной микоризы Glomus intraradices
Микроскопический анализ развития АМ проведен с применением метода мацерации и окрашивания образцов корней, разработанного Дж. Филлипсом и Д. Хейманом для оценки АМ-инфекции в корнях бобовых растений (Phillips, Hayman, 1970). При оценке основных количественных и качественных характеристик АМ использован метод световой микроскопии (Trouvelot et. al., 1986) и разработанная А.П. Юрковым компьютерная программа «Mycorrhiza 1.0». При анализе препаратов применен микроскоп бинокулярный стереоскопический МБС-9 (ЛОМО, СПб.). Для микроскопического анализа структур АМ в давленом препарате - окрашенных, промацерированных и порезанных (длиной 1 см) корней люцерны использован микроскоп исследовательский проходящего света «Микмед-2» вар. 2 с комплектом для микрофотографии (ЛОМО, СПб, характеристики: окуляр x10, объектив x10, передняя линза во фланце бинокулярной насадки x1,0).
Минимальная биологическая повторность - 12 растений. Достоверность различий между средними значениями исследуемых показателей оценивали с помощью t-критерия Стьюден-та при P<0,05 (Лакин, 1990).
Результаты и обсуждение. Динамика встречаемости микоризы в корнях люцерны. Микроскопический анализ корней люцерны хмелевидной показал, что микоризация растений в условиях среднего уровня Рд в почве является ранней и наступает уже на 7е сут от посева в фазу «округлый лист» (Рис. 2).
Столь же ранний отклик люцерны хмелевидной на инокуляцию АМ-грибом выявлен ранее при выращивании в условиях низкого Рд в почве (Юрков с соавт., 2009). Следовательно, сильномикотрофное растение - представитель сп. ВИК32 - способно активно взаимодействовать с АМ-грибом уже в фазу развития округлого листа как в условиях низкого, так и среднего Рд. При формировании у растений люцерны первого настоящего листа (14е сут) встречаемость микоризной инфекции (F, %) резко возрастала до 58,7±2,0% и далее практически не изменялась вплоть до фазы плодоношения (49 сут), когда она увеличилась до 79,3±3,9%. Обилие арбускул в микоризованных корнях (а, %), начиная с фазы развития пер-
вого настоящего листа и до фазы начала плодоношения (42е сут), включительно, было высоким и составляло 82,4-90,7%. Близкие по значению данные были получены и при выращивании люцерны в условиях низкого Рд в почве (Юрков с соавт., 2009). Известно, что средней встречаемостью микоризы (F = 40-50%) обладают многие микоризуемые виды растений (Pawlowska et al., 1996). Лишь ряд растений характеризуются столь высоким уровнем мико-ризации как, например, Lotus corniculatus L. семейства Fabaceae (F = 96,0±1,0%). Таким образом, опираясь на литературные данные, микоризацию люцерны хмелевидной в условиях среднего уровня Рд в почве следует считать высокой, а сп. ВИК32 люцерны хмелевидной -сильномикотрофным растением.
100
ьС i
80
s
а §
s
-а
н о о
S
(D СЗ
(D
60
40
^ 20
о
m
14 241 258 Сутки от посева
35
49
Рис. 2. Встречаемость микоризы в корнях растений люцерны
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.