CC BY
0INTERNATIONAL SCIENTIFIC AND PRACTICAL CONFERENCE "STATUS AND DEVELOPMENT PROSPECTS OF FUNDAMENTAL AND APPLIED MICROBIOLOGY: THE VIEWPOINT OF YOUNG SCIENTISTS" 25-26 SEPTEMBER, 2024
БИОСИНТЕЗ ФИТОГОРМОНОВ МИКРОМИЦЕТАМИ
1Хамидова Х.М., 2Каримов Х.Х., 3Шакиров З.С., 4Азимова Н.Ш., 5Закиряева С.И.
1'2'3'4'5Институт микробиологии Академии наук Республики Узбекистан https://doi.org/10.5281/zenodo.13842572
Аннотация. Проведено исследование по биосинтезу фитогормонов (гиббереллина и ИУК) микромицетами Trichoderma harzianum, Trichoderma harzianum, Trichoderma asperellum, Penicillium canescens, Aspergillus terreus, Bouveria bazziana, Metarisium spp. Изучена динамика накопления гиббереллина и индолил-уксусной кислоты (ИУК)в культуральной жидкости микромицетов.
Введение. С каждым годом загрязнение окружающей среды увеличивается за счет использования химически синтезированных препаратов. Возрастает интерес к экологически чистым безопасным препаратам на основе микроорганизмов, продуцирующих вторичные метаболиты, направленным на улучшение экологического состояния почвы.
Одним из положительных свойств почвенных микроорганизмов является их способность синтезировать фитогормоны, стимулирующие рост и развитие растений. Общепризнанными классами фитогормонов, являются: ауксины, гиббереллины, цитокинины, абсцизовая кислота и этилен. Фитогормоны играют важную роль в сельском хозяйстве [1, 2], они синтезируются многими почвенными и ризосферными микроорганизмами и выполняют различные функции, такие как модификация физиологических функции растений по ускорению их роста, стимулирование развитие флоэмы, усиление развития боковых корней, листьев старение за счет замедления распада пигментов хлорофилла в растениях и улучшения метаболизма даже при низких концентрациях, стимуляции прорастания семян, активации вегетативного роста растений, ускорения их цветения и созревания, повышения урожайности, защиты от некоторых заболеваний и т. д. Их применение в сельскохозяйственном производстве позволяет существенно сократить применение химических средств защиты растений [3,4] . Способностью к синтезировать ростостимулирующие фитогормоны обладают многие микроорганизмы ( бактерии, микромицеты, дрожжи). [5,6] Среди 5 синтезируемых микроорганизмами, микроорганизмами фитогормонов, важная роль принадлежит ауксинам и гиббереллинам. Механизм действия физиологически активных веществ до настоящего времени недостаточно изучен. В работах ряда авторов показана активизация обменных процессов, что приводит к повышению урожайности, улучшению качества продукции, ускорению созревания, повышению иммунитета, индуцированию у растений устойчивости ко многим болезням и неблагоприятным факторам среды. [7,8].
Цель исследования - изучение образования фитогормонов (гиббереллина и индолилуксусной кислоты) микромицетами, выделенными из почвы и ризосферы пшеницы и хлопчатника.
Объекты и методы исследования. Грибы Trichoderma harzianum, Trichoderma harzianum, Trichoderma asperellum выращивали на среде Мандельса, а грибы Penicillium canescens, Aspergillus terreus, Bouveria bazziana, Metarisium spp.на среде Чапека. Культивирование проводили в глубинных условиях на качалке при температуре 28°С .
INTERNATIONAL SCIENTIFIC AND PRACTICAL CONFERENCE "STATUS AND DEVELOPMENT PROSPECTS OF FUNDAMENTAL AND APPLIED MICROBIOLOGY: THE VIEWPOINT OF YOUNG SCIENTISTS" _25-26 SEPTEMBER, 2024_
После выращивания грибов мицелий отделяли от культуральной жидкости фильтрованием. Культуральную жидкость замораживали в морозильной камере, чтобы отделить от полисахаридов. Затем после размораживания центрифугировали и в супернатанте определяли ИУК и гиббереллин.
Количественное содержание ГК в культуральной жидкости грибов определяли по методу Муромцева и Нестюк на спектрофотометре- продукты реакции культуральной жидкости с фосфорно- вольфрамо-молибденовым комплексом зеленого цвета -интенсивность окрашивания пропорциональна концентрации гибберелловой кислоты [ 9].
Количественное содержание ИУК в культуральной жидкости грибов определяли по методу Gordon, S.A., Weber, R.P. на спектрофотометре [10]. Концентрацию ИУК рассчитывали по калибровочной кривой, построенной по Р-индолилуксусной кислоте. В качестве стандарта применяли коммерческий препарат ИУК.
К 1 мл исследуемого раствора прибавляли 0,5 мл Фолина, затем тщательно перемешивали и прибавляли 2,5 мл концентрированной соляной кислоты. Время начала реакции считается с момента прибавления реактива Фолина. Постепенно появляется зеленая окраска, которую измеряют через 15 мин. на спектрофотометре с красным светофильтром в кюветах шириной 10 мм. Для контроля вместо исследуемого раствора используют воду (2 мл воды + 1 мл реактива Фолина + 5 мл концентрированной соляной кислоты.)
В работе изучена способность микромицетов синтезировать фитогормоны, гиббереллин и индолилуксусную кислоту (ИУК) в динамике роста. Микромицеты были ранее выделены из ризосферы растений и почвы и сохранялись в лаборатории путем периодических пересевов на соответствующих средах. Изучено образование гиббереллина и ИУК 7-ю штаммами грибов Trichoderma harzianum, Trichoderma harzianum; Trichoderma asperellum; Penicillium canescens; Aspergillus terreus; Bouveria bazziana; Metarisium spp..
Начиная с 2 суток роста культур в глубинных условиях в динамике до 30 суток определяли количественное содержание ИУК и гиббереллина. Исследования показали, что все исследованные нами культуры синтезировали гиббереллин начиная с 3-х суток до 30 суток (рис.1). Максимальное количество гиббереллина было обнаружено в культуральной жидкости гриба на 6-ые и 15-ые сутки роста гриба Trichoderma asperellum , содержание которых составило 202 и 221мкг/мл, соответственно. Затем по активности синтеза гиббереллина следовали Aspergillus terreus(98,0-6 ти суточная и151,0- 20-ти суточная), Bouveria bazzia^ (145,5 и 123 мкг/мл).
Несколько ниже содержание гиббереллина отмечено у грибов Trichoderma harzianum (74,0 -6-ти суточной и 93,0 мкг/мл у 15 суточной), Trichoderma harzianum (90,0 и 171,0); Penicillium canescens (79,0 и 158,0) . Metarisium spp. на 6-ые сутки роста продуцировал 68,0 мг/мл гиббереллина, а к 15 суткам содержание гиббереллина в культуральной жидкости увеличилось до 220,0 мг/мл. Нам было интересно узнать какова тенденция синтеза гиббереллина при культивировании до 30 суток роста. Полученные результаты показали снижение содержания гиббереллина, но активность сохранялась в пределах 73,0- 145,0 мг/мл.
На рис.2 показана продукция ИУК изучаемыми микромицетами в динамике роста (рис2.). Как показывают результаты, приведенные на рисунке 2 все исследованные культуры продуцировали ИУК, причем в больших количествах от 101 до 750 мкг/мл.
INTERNATIONAL SCIENTIFIC AND PRACTICAL CONFERENCE "STATUS AND DEVELOPMENT PROSPECTS OF FUNDAMENTAL AND APPLIED MICROBIOLOGY: THE VIEWPOINT OF YOUNG SCIENTISTS" 25-26 SEPTEMBER, 2024
Наибольшее содержание ИУК продуцировал гриб Trichoderma asperellum от 168 до 725 мкг/мл. Так, в 3- суточной культуральной жидкости содержание ИУК составило 255мкг/мл, в 6-суточной - 750, 9-суточной- 370, 12-суточной - 440, 15-суточной -720,30 суточной-168 мкг/мл. Как видно из приведенных данных максимальное количество ИУК гриб продуцировал на 6-ые и 15 сутки, в 30 - суточной культуральной жидкости наблюдалось снижение содержания ИУК.
Рис.1. Образование гиббереллина микромицетами в динамике роста
900
800
700
5 А 600
й 500
А
400
£ .100
1-1
200
100
0
=î I
Л
ÏJf AOWX^H
i / /
jf
9 12
сутки
15
30
Trichoderma harzianum. - Trichoderma asperellum Aspergillus terreus
- Trichoderma harzianum
- Peniciüium canescens Bouveri a bazziana
—¡3— Metarisium spp.
Рис 2. Образование ИУК микромицетами в динамике роста
Чуть меньше продукция ИУК у Bouveria bazziana 725 и 534 мкг/мл на 6 и 15 сутки, соответственно. Metarisium spp., максимальное количество также на 6-ые сутки 712, на 15-тые сутки-534 и в 30-суточной культуральной жидкости 387 мкг/мл. Trichoderma harzianum образовывала в 6-ти суточной к.ж. 641 и в 15-суточной к.ж.632 мкг/мл; Penicillium canescens -6-тисуточная 578,15 суточная-510 мкг/мл; Trichoderma harzianum - 532мкг/мл (6-ти суточная) и 510 (15 суточная); Aspergillus terreus синтезировал ИУК в 6-ти суточной к.ж.-478, а в 15 суточной к.ж.523 мкг/мл. Полученные два пика активности возможно можно
INTERNATIONAL SCIENTIFIC AND PRACTICAL CONFERENCE "STATUS AND DEVELOPMENT PROSPECTS OF FUNDAMENTAL AND APPLIED MICROBIOLOGY: THE VIEWPOINT OF YOUNG SCIENTISTS" _25-26 SEPTEMBER, 2024_
объяснить наличием в среде культуральной жидкости культур гиббереллинов и индольных соединений различного строения.
Таким образом полученные данные позволяют нам заключить, что все исследованные микромицеты Trichoderma harzianum55, Trichoderma harzianum28; Trichoderma asperellum 4; Penicillium canescens; Aspergillus terreus; Bouveria bazziana; Metarisium spp. продуцируют гиббереллин и индолил уксусную кислоту (ИУК) в культуральной жидкости. Максимальное содержание фитогормонов (гиббереллина и ИУК) отмечено на 6-ые и 15 сутки роста грибов. Аналогичная корреляция наблюдалась у всех исследованных нами микромицетов. Содержание гиббереллина колебалось в пределах 74,0- 221мкг/мл. При культивировании до 30 суток образование гиббереллина незначительно снижалось до 73,0-245 мкг/мл. Продукция ИУК колебалась от 101 до 750мкг/мл.
ЛИТЕРАТУРА
1. Хамидова Х.М., Байбаев Б.Г., Паттаева М.А., Зухритдинова Н.Ю., Тураева Б.И. //Штамм Fusarium moniliforme Uz GC -12-продуцент фитогормонов гиббереллинов A4 и А7. № IAP 05002 30.12.2014г.
2. Turaeva BI, Soliev A, Eshboev F, Kamolov L, Azimova N, Karimov H, Zukhritdinova N, Khamidova KH (2020). The use of three fungal strains in producing of indole-3- acetic acid and gibberellic acid. Plant Cell Biotechnol. Mol. Biol. 21(35&36): 32-43
3. Wittenmayer L., Merbach W. Plant responses to drought and phosphorus deficiency: contribution of phytohormones in root-related processes // Plant Nutr. Soil Sci. - 2005. - 168. - P. 531-540.
4. Spaepen S., Vanderleyden J., Remans R. Indole-3-acetic acid in microbial and microorganism plant signaling // FEMS Microbiol.Rev. - 2007. - 31. - P. 425-448.
5. Paulina Vega-Celedon1), Hayron Canchignia Martinez1,2, Myriam Gonzâlez1 and Michael Seeger1// Biosynthesis of indole-3-acetic acid and plant growth promoting by bacteria Cultivos Tropicales, 2016, vol. 37, special edition, pp. 33-39. DOI: 10.13140/RG.2.1.5158.3609
6. Gonzбlez-Rossia D, Reig C, Juan M, Agusti M (2007). Horticultural factors regulating effectiveness of GA3 inhibiting flowering in peaches and nectarines (Prunus persica L. Batsch). Scientia Horticulturae, 111:352-57.
7. Cristine Rodrigues, Luciana Porto de Souza Vandenberghe, Juliana de Oliveira, and Carlos Ricardo Soccol// New perspectives of gibberellic acid production: a review. Critical Reviews in Biotechnology, 2012; 32(3): 263-273 DOI: 10.3109/07388551.2011.615297
8. Khan MN, Siddiqui MH, Mohammad F, Naeem M, Khan MMA. (2010). Calcium chloride and gibberellic acid protect linseed (Linum usitatissimum L.) from NaCl stress by inducing antioxidative defence system and osmoprotectant accumulation. Acta Physiologiae Plantarum, 32:121-132.
9. Holbrook A, Edge W, Bailey F. (1961). Spectrophotometric method for determination of gibberellic acid. Advances in Chemistry Series,28:159-67.
10. Gordon, S.A., Weber, R.P. Colorometric estimation of indoleacetic acid //PlantPhysiol.-1951.-№26. Р.192-195
