Научная статья на тему 'Effect of glucose-containing monosaccharides on the symbiotic properties of soybean nodule bacteria and plant crop formation'

Effect of glucose-containing monosaccharides on the symbiotic properties of soybean nodule bacteria and plant crop formation Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

CC BY
46
15
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Ukrainian Journal of Ecology
Область наук
Ключевые слова
soybean / nodule bacteria / symbiosis / glucose / N-acetyl-D-glucosamine / nodulation / nitrogen-fixation / crop / соя / бульбочкові бактерії / симбіоз / глюкоза / глюкозамін / нодуляція / азотфіксація / урожай

Аннотация научной статьи по биологическим наукам, автор научной работы — O.V. Kyrychenko, Yu.O. Khomenko, S.Ya. Kots

The symbiotic properties of soybean nodule bacteria, root nodules forming (nodulation ability), nitrogen-fixing activity and efficiency under the influence of monosaccharides (0.01 M glucose and N-acetyl-D-glucosamine) on rhizobium culture were investigated in greenhouse with sandy soils. Nodulation activity and efficiency was estimated by the number and weight of the nodules formed on the roots of plants; by the formation of vegetative mass and by the yield of soybean seeds. Nitrogenase activity was determined by acetylene-reductase method. The control variant was inoculated by monoculture of soybean rhizobium. A significant increase in the degree of realization of the nodulation ability of rhizobium has been established under the influence of glucose-containing monosaccharides on the culture of microorganisms. Adding glucose to bacteria led to increase the average number of nodules per plant by 1.6, 2.2, and 1.7 times respectively in the phase of development of two true leaves, flowering and active bean formation in soybean. At the same time the weight of the root nodules was increased by 1.4, 2.3, and 1.4 times respectively as compared to control. The number of root nodules was increased by 2.2, 2.3, and 1.4 times as compared to the control while of glucosamine was used; while the weight of these nodules were 2.1 and 1.9 times higher than control in the phase of development of two true leaves and flowering, while in the phase of active beans formation it did not differ from control. The functional activity of the soybean symbiotic system that was formed by rhizobial culture and modified by glucose, had the highest positive effect, since the nitrogen-fixing activity remained stable and was 2.1 and 1.7 times higher than control. Rhizobia, to suspension of which we added glucosamine, formed a symbiosis with activity that was 1.7 times higher than monoculture in the flowering phase, but later it was at the control level. We registered that inoculants on the basis of bacteria and glucose-containing monosaccharides activated seeds germination. The first true leaf of plants (up to 3.5 times higher than control), their above green mass (25-27% higher) and root system (10-16% higher) were actively formed while we used inoculant with rhizobia and glucose. Plants in the variant with the pre-sowing inoculation of seeds by bacteria and glucosamine almost did not differ from the control. The yield of soybean seeds significantly exceeded (up to 14%) the crop, produced by plants with inoculation by monoculture of rhizobia under the influence of glucose-containing monosaccharides. We indicated high efficiency of soybean-rhizobium symbiosis formed by nodule bacteria modified of glucose-containing monosaccharides. Thus, the use of glucose-containing monosaccherides as additional “green” and safe natural agents in complex inoculants with nodule soybean bacteria promotes a more complete implementation of the symbiotic and productive potential of soybean-rhizobial symbiosis compared with the use for seeds pre-sowing treatment only of rhizobia monoculture in greenhouse with sandy culture.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Вплив глюкозовмісних моноцукрів на симбіотичнi властивостi бульбочкових бактерій сої та формування урожаю рослинами

У вегетаційних умовах із піщаною культурою досліджено симбіотичні властивості бульбочкових бактерій сої, зокрема бульбочкоутворюючу (нодуляційну) здатність, нітрогеназну активність і ефективність за впливу глюкозовмісних моноцукрів (0,01 М розчини глюкози і N-ацетил-D-глюкозаміну) на культуру ризобій. Нодуляційну активність визначали за кількістю та масою утворених на коренях рослин бульбочок, нітрогеназну активність – ацетиленредуктазним методом, ефективність – за формуванням вегетативної маси та урожаю насіння сої. Контрольний варіант – інокуляція насіння монокультурою ризобій сої. Встановлено достовірне підвищення ступеню реалізації нодуляційної здатності ризобій сої під впливом глюкозовмісних моноцукрів на культуру мікроорганізмів. За дії глюкози на бактерії середній показник кількості бульбочок на рослині збільшився в 1,6; 2,2 та 1,7 рази відповідно у фази розвитку двох справжніх листків, цвітіння й активного плодоутворення у сої. Маса бульбочок на рослині при цьому переважала контроль у 1,4; 2,3 та 1,4 рази відповідно. У варіанті із застосуванням глюкозаміну на коренях рослин утворювалось бульбочок в 2,2; 2,3 та 1,4 рази більше, ніж у контрольному варіанті. Маса цих бульбочок була більшою за контроль в 2,1 і 1,9 рази у фази розвитку двох справжніх листків та цвітіння, тоді як у фазу активного утворення бобів не відрізнялась від контролю. Функціональна активність симбіотичного апарату сої засвідчила максимально позитивний вплив глюкози на ризобіальну культуру, оскільки нітрогеназна активність залишалась стабільно високою і переважала контроль в 2,1 і 1,7 рази. За впливу глюкозаміну ризобії утворили симбіоз із активністю в 1,7 рази вищою, ніж монокультура у фазу цвітіння, але в подальшому – була на рівні контролю. Показано, що інокулянти на основі бактерій і глюкозовмісних цукрів активували вихід насіння зі стану спокою та його проростання. За дії інокулянту ризобій з глюкозою активно формувався перший справжній листок рослинами (до 3,5 рази більше за контроль), їх надземна маса (на 25-27% більше) та коренева система (на 10-16% більше). Рослини варіанту з передпосівною інокуляцією насіння бактеріями з глюкозаміном майже не відрізнялись від контрольних. За дії глюкозовмісних цукрів урожай насіння сої достовірно (на 14%) перевищував урожай, сформований рослинами за інокуляції монокультурою ризобій, що свідчить про більшу ефективність соєво-ризобіальних симбіозів, утворених бульбочковими бактеріями, модифікованими глюкозовмісними моноцукрами. Отже, застосування глюкозовмісних моноцукрів як додаткових екологічно безпечних природних агентів у комплексних інокулянтах із бульбочковими бактеріями сої у вегетаційних умовах з піщаною культурою сприяє більш повній реалізації симбіотичного і продуктивного потенціалу соєво-ризобіальних симбіозів порівняно до використання монокультури ризобій для передпосівної обробки насіння.

Текст научной работы на тему «Effect of glucose-containing monosaccharides on the symbiotic properties of soybean nodule bacteria and plant crop formation»

Ukrainian Journal of Ecology

UkrainianJournal of Ecology, 2018, 8(1), 460-465 doi: 10.15421/2018_236

ORIGINAL ARTICLE UDC 631.461:633.57

Effect of glucose-containing monosaccharides on the symbiotic properties of soybean nodule bacteria and plant crop formation

O.V. Kyrychenko, Yu.O. Khomenko, S.Ya. Kots

Institute of Plant Physiology and Genetics, National Academy of Sciences of Ukraine Vasylkivska 31/17, Kyiv, 03022, Ukraine E-mail: azoleki@ukr. net Submitted: 10.01.2018. Accepted:20.02.2018

The symbiotic properties of soybean nodule bacteria, root nodules forming (nodulation ability), nitrogen-fixing activity and efficiency under the influence of monosaccharides (0.01 M glucose and N-acetyl-D-glucosamine) on rhizobium culture were investigated in greenhouse with sandy soils. Nodulation activity and efficiency was estimated by the number and weight of the nodules formed on the roots of plants; by the formation of vegetative mass and by the yield of soybean seeds. Nitrogenase activity was determined by acetylene-reductase method. The control variant was inoculated by monoculture of soybean rhizobium. A significant increase in the degree of realization of the nodulation ability of rhizobium has been established under the influence of glucose-containing monosaccharides on the culture of microorganisms. Adding glucose to bacteria led to increase the average number of nodules per plant by 1.6, 2.2, and 1.7 times respectively in the phase of development of two true leaves, flowering and active bean formation in soybean. At the same time the weight of the root nodules was increased by 1.4, 2.3, and 1.4 times respectively as compared to control. The number of root nodules was increased by 2.2, 2.3, and 1.4 times as compared to the control while of glucosamine was used; while the weight of these nodules were 2.1 and 1.9 times higher than control in the phase of development of two true leaves and flowering, while in the phase of active beans formation it did not differ from control. The functional activity of the soybean symbiotic system that was formed by rhizobial culture and modified by glucose, had the highest positive effect, since the nitrogen-fixing activity remained stable and was 2.1 and 1.7 times higher than control. Rhizobia, to suspension of which we added glucosamine, formed a symbiosis with activity that was 1.7 times higher than monoculture in the flowering phase, but later it was at the control level. We registered that inoculants on the basis of bacteria and glucose-containing monosaccharides activated seeds germination. The first true leaf of plants (up to 3.5 times higher than control), their above green mass (25-27% higher) and root system (10-16% higher) were actively formed while we used inoculant with rhizobia and glucose. Plants in the variant with the pre-sowing inoculation of seeds by bacteria and glucosamine almost did not differ from the control. The yield of soybean seeds significantly exceeded (up to 14%) the crop, produced by plants with inoculation by monoculture of rhizobia under the influence of glucose-containing monosaccharides. We indicated high efficiency of soybean-rhizobium symbiosis formed by nodule bacteria modified of glucose-containing monosaccharides. Thus, the use of glucose-containing monosaccharides as additional "green" and safe natural agents in complex inoculants with nodule soybean bacteria promotes a more complete implementation of the symbiotic and productive potential of soybean-rhizobial symbiosis compared with the use for seeds pre-sowing treatment only of rhizobia monoculture in greenhouse with sandy culture.

Key words: soybean; nodule bacteria; symbiosis; glucose; N-acetyl-D-glucosamine; nodulation; nitrogen-fixation; crop

Вплив глюкозовмкних моноцу^в на симбютичы властивост бульбочкових бактерм соТ та формування урожаю рослинами

О.В. Кириченко, Ю.О. Хоменко, С.Я. Коць

1нститут фiзiологi)' рослин i генетики НАНУкраТни 31/17, вул. Васильквська, м. КиТв, 03022, УкраТна E-mail: azoleki@ukr. net

461 Вплив глюкозовмсних моноцукр'в на симбiотичнi властивост бульбочкових бактерй

У вегетацмних умовах iз пщаною культурою дослужено симбютичы властивостi бульбочкових бактерiй соТ, зокрема бульбочкоутворюючу (нодуляцiйну) здатнiсть, нiтрогеназну активнiсть i ефективнiсть за впливу глюкозовмкних моноцукрiв (0,01 М розчини глюкози i N-ацетил-D-глюкозамiну) на культуру ризобм. Нодуляцiйну активнiсть визначали за ктьюстю та масою утворених на коренях рослин бульбочок, ытрогеназну активнкть - ацетиленредуктазним методом, ефективнiсть - за формуванням вегетативноТ маси та урожаю наання соТ. Контрольний варiант - iнокуляцiя насiння монокультурою ризобм соТ. Встановлено достовiрне пiдвищення ступеню реaлiзaцN нодуляцiйноТ здатностi ризобiй соТ пщ впливом глюкозовмiсних моноцукрiв на культуру мiкроорганiзмiв. За дм глюкози на бактерй середнм показник ктькосп бульбочок на рослинi збiльшився в 1,6; 2,2 та 1,7 рази вщповщно у фази розвитку двох справжых листав, цвтння й активного плодоутворення у соТ. Маса бульбочок на рослин при цьому переважала контроль у 1,4; 2,3 та 1,4 рази вщповщно. У варiантi iз застосуванням глюкозамму на коренях рослин утворювалось бульбочок в 2,2; 2,3 та 1,4 рази бтьше, ыж у контрольному варiантi. Маса цих бульбочок була бтьшою за контроль в 2,1 i 1,9 рази у фази розвитку двох справжых листкiв та цвтння, тодi як у фазу активного утворення бобiв не вiдрiзнялась вщ контролю. Функцiональна активнiсть симбiотичного апарату соТ засвщчила максимально позитивний вплив глюкози на ризобiальну культуру, осктьки нiтрогеназна активнiсть залишалась стабiльно високою i переважала контроль в 2,1 i 1,7 рази. За впливу глюкозамму ризобм утворили симбiоз iз активнiстю в 1,7 рази вищою, нiж монокультура у фазу цвтння, але в подальшому - була на рiвнi контролю. Показано, що iнокулянти на основi бактерiй i глюкозовмiсних цукрiв активували вихiд наання зi стану спокою та його проростання. За дм iнокулянту ризобiй з глюкозою активно формувався перший справжнм листок рослинами (до 3,5 рази бтьше за контроль), Тх надземна маса (на 25-27% бтьше) та коренева система (на 10-16% бтьше). Рослини варiанту з передпоавною мокуля^ею наання бaктерiями з глюкозамЫом майже не вiдрiзнялись вiд контрольних. За дм глюкозовмiсних цукрiв урожай наання соТ достовiрно (на 14%) перевищував урожай, сформований рослинами за мокуляцп монокультурою ризобiй, що свщчить про бiльшу ефективнiсть соево-ризобiaльних симб^в, утворених бульбочковими бaктерiями, модифiковaними глюкозовмкними моноцукрами. Отже, застосування глюкозовмiсних моноцу^в як додаткових екологiчно безпечних природних агенлв у комплексних iнокулянтaх iз бульбочковими бaктерiями соТ у вегетацмних умовах з пщаною культурою сприяе бтьш повнiй реaлiзaцiТ симбiотичного i продуктивного потенцiaлу соево-ризобiaльних симбiозiв порiвняно до використання монокультури ризобiй для передпоавноТ обробки нaсiння.

Ключов1 слова: соя; бульбочковi бактерй; симбiоз; глюкоза; глюкозамм; нодуляцiя; aзотфiксaцiя; урожай

Вступ

Соя - перспективна продовольча культура не ттьки УкраТни, а й мших краТн свiту, тому розробка бютехнолопчних зaсобiв пiдвищення ТТ продуктивное^ е актуальним питанням сьогодення. Передпоавна iнокуляцiя нaсiння соТ -еколопчно безпечний бiотехнологiчний прийом, що сприяе формуванню бтьш високих урожаТв даноТ культури та отриманню екологiчно чистоТ рослинноТ продукцп (15оЬв, Ohte, 2014; КугусИепко, 2014, 2016; Chebotar et а1, 2015 БЫго et.al, 2015). Внесення на наання або в фунт корисних мiкрооргaнiзмiв шляхом спе^ально розроблених мiкробiологiчних препaрaтiв (Kyгycheпko, 2016) на основi вiдселектовaних бaктерiaльних штaмiв сприяе покращенню росту i розвитку зернобобових культур та пщвищуе Тхню урожaйнiсть. Це вiдбувaеться за рахунок стимулювання проростання наання, полтшення живлення рослин, aктивiзaцiТ фотосинтетичноТ дiяльностi, пщвищення Тх стiйкостi до хвороб i шкiдникiв, а також активного формування й функцюнування симбiотичних систем (К1ш1у et а1., 2007; Beпeduzi еt а1., 2012; Gaгipova, 2012; Tгivedi еt а1., 2012; Chebotar et а1., 2015; Djordjevic et а1., 2015). Результати дослiджень остaннiх роюв свiдчaть про перспективнiсть i ефективнкть використання комплексних мiкробiологiчних препaрaтiв для бактеризацп соТ (CheЬotaг et al., 2013; Кyгycheпko, 2016), як забезпечують отримання стaбiльних урожаТв, у тому числ^ й за дм стрес-фaкторiв рiзноТ природи (CheЬotaг et al., 2013, 2015; Jabbarova еt а1., 2013). Осктьки моноiнокулянти е бтьш чутливими до дм таких фaкторiв, стaбiлiзaцiя та оптимiзaцiя aгрономiчно корисних ефеклв бaктерiaльних препaрaтiв при мокуляцп нaсiння досягаеться за рахунок комплексно! дм бiологiчних aгентiв - компонентiв препaрaтiв, якими можуть бути бактерм з рiзними екологiчними функцiями, а також бюлопчно aктивнi речовини природного походження (Gaгipova, 2012; CheЬotaг et al., 2013, 2015; Jabbarova еt а1., 2013; КугусЬ^^, 2015, 2016).

Моноцукри, зокрема й глюкозовмкы, е продуктами рослинного метaболiзму, як з кореневими ексудатами видiляються у зону ризосфери (McNear Jr, 2013; Basler et al., 2015), впливаючи на розвиток i функцiонaльну активнкть ризосферноТ мiкрофлори (Buгgmaпп еt а!., 2005; КугусЬ^^, 2016а), а також як компоненти поживних середовищ активно використовуються в якост енергетичних субстралв для росту i розвитку мiкрооргaнiзмiв в умовах чистоТ культури (АтурсГшк et al., 2011).

Метою даноТ роботи було дослiдження впливу глюкозовмкних моноцукрiв - гексози глюкози та аммоцукру ^ацетил-D-глюкозaмiну на реaлiзaцiю симбiотичних властивостей бульбочкових бaктерiй соТ у симб^ з рослинами.

Матер1али I методи досл1дження

Об'ектом дослГдження були соeво-ризобiальнi симбюзи, yTBopeHi рослинами со' сорту Лiсабон i бактерiями Bradyrhizobium japonicum 6346, мoдифiкoваними глюкoзoвмicними моноцукрами (глюкоза i N-ацетил-D-глюкoзамiн). Сорт ЛГсабон (oригiнатoр cелекцiйнo-наciннeва кoмпанiя «Saat Bau», АвстрГя) - раннього дoзрiвання (вегетацiйний перioд до 105 днГв), застосовуеться у вирoбництвi з 2011 р. Продуктивний потенцГал до 50 ц/га, вмкт бiлку - 40%, олГ'' -20,5%, маса 1000 зерен 180-190 г. Бульбoчкoвi бактерГ'' B. japonicum 6346 (колещя штамiв cимбioтичних i аcoцiативних азотфксуючих мiкрooрганiзмiв 1нституту фiзioлoгiï рослин i генетики (1ФРГ) НАН Укра'ни) вирощували при 28о С на агаризованому манiтнo-дрiжджoвoму cередoвищi (г/л): K2HPO4 - 0,5; MgSÜ4 х 7H2O - 0,4; NaCl - 0,1; манiт - 10,0; дрiжджoвий екстракт - 0,5; агар-агар - 16,0; дистильована вода - 1 л; рН 6,8-7,0 протягом 10 дiб, змивали культуру стерильною водою, перемГшували до однородно]' суспензи та визначали ктьюсть життездатних (колонГеутворюючих одиниць) бактерiй (Antypchuk et al., 2011 ). Титр бактерм в суспензи становив 1010 кл/мл.

Бiнарнi iнoкулянти (ризобГ'' + моноцукри, 1:1) готували шляхом змГшування культури ризoбiй з розчинами (0,01 М) глюкози i N-ацетил-D-глюкoзамiну й Ыкубаци cумiшей протягом доби при 28о С. 1нокуляцГю наciння со]' проводили в день поаву, витримуючи пociвне нaciння в ГнокулянтГ протягом години (1 мл / 100 наанин на варiант). У контролГ бактерГ'' iнкубувaли з водою, отримуючи таким чином aнaлoгiчне iнoкуляцiйне навантаження ризoбiaльних клГтин у всГх вaрiaнтaх.

Вегетaцiйний дослГд проводили на майданчику 1ФРГ НАН Укра'ни при природних освоены та темперaтурi у 5-кратнм повторностГ по вaрiaнтaх у 10-кГлограмових посудинах Вагнера на пiщaнoму субстрат з поживною сумГшшю Гельригеля (0,25 норми мЫерального азоту). ДослГд закладали за наступною схемою:

1. 1нокуляцГя насГння ризобГями (монокультура - контроль)

2. 1нокуляцГя насГння композицГею ризобГ'' + глюкоза

3. 1нокуляцГя насГння композицГею ризобГ'' + глюкозамГн

АналГзували динамГку появи сходГв та утворення першого справжнього листка у рослин, масу вегетуючих рослин у перюд активно]' азотфГксацГ'', а також нодуляцмну здатнГсть ризобГй со]' (за юльюстю та масою кореневих бульбочок) i функцюнальну (нГтрогеназну) активнГсть соево-ризобГальних симбюзГв ацетиленовим методом за ХардГ зГ спГвавт. (Hardi et al., 1973). КоренГ з бульбочками розмГщували в герметично закритих скляних флаконах емнГстю 75 мл, в яких створювали 10% концентрацГю ацетилену. ТривалГсть Ыкубацп зразка 1 год. ПГсля Ыкубаци газову сумГш, яка мГстила етилен, утворений в результат редукцГ'' ацетилену нггрогеназою, аналГзували на газовому хроматографГ Agilent GC System 6850 (США) з полум'яно-юнГзацмним детектором. РоздГлення газГв проводили на колонцГ Supelco Porapak N при температурГ печГ 55о С i температурГ детектора 150° С. Газоноаем був гелГй (50 мл за 1 хв). Об'ем аналвовано' проби газово' сумГшГ становив 1 мл. Як стандарт використовували чистий етилен (Sigma-Aldrich, N536164, USA). Юльюсть етилену, що утворився з ацетилену за 1 годину Ыкубаци пГд дГею нГтрогенази Гнкубованого зразка виражали в молярних одиницях утвореного етилену на 1 рослину за 1 годину. Визначення проводили в 4 бюлопчних повтореннях. ВГдбори рослин здмснювали у фазу розвитку двох справжнГх листав, цвтння й активного плодоутворення. ЗбГр урожаю та аналГз структури урожаю - у фазу повно' стиглостГ насГння со'. Результати статистично обрахованГ (Statgraphyc Plus) та представлен у виглядГ середнГх значень i 'х похибок (M±m).

Результати та Тх обговорення

Показано (табл. 1), що бЫары Гнокулянти на основГ бульбочкових бактерГй со' i моноцукрГв глюкози та глюкозамГну позитивно впливали на схожГсть насГння со'. Особливо вГдмГчено активацГю виходу насГння зГ стану спокою, що спостерГгалося вже на початку дм бГнарних ГнокулянтГв. КГлькГсть сходГв у дослГдних варГантах достовГрно перевищувала контроль у 2,0-2,4 рази (7-ма доба пГсля посГву) та 1,9 рази (8-ма доба пГсля посГву) i майже зрГвнювалась Гз контролем на бГльш пГзнГх строках розвитку рослин (11 -та доба пГсля посГву). СхожГсть насГння со' становила 70%. Рослини варГанту з ГнокуляцГею насГння композицГею ризобГ'' + глюкоза активно формували перший справжнГй листок (див. табл. 1). ВГдмГчено найбГльш ранн строки початку формування справжнГх листав у рослин даного варГанту i протягом усього перюду спостережень показник «кГлькосп рослин Гз справжнГм листком» достовГрно перевищував контрольний в 3,5; 1,4 та 1,3 рази. За дм Гнокулянту ризобГ' + глюкозамГн справжнГ листки на рослинах почали активно утворюватися на кГлька днГв пГзнГше i несуттево перевищували контрольнГ значення.

На бГльш пГзнГх етапах розвитку со' (фази цвтння й активного плодоутворення) (табл. 2) зберГгалась закономГрнГсть у розвитку рослин, зокрема формуваннГ листового апарату, вГдмГчена нами на раннГх етапах онтогенезу со' (див. табл 1 ). У варГантГ Гз застосуванням глюкози маса надземно'' частини рослини порГвняно до контролю достовГрно збГльшилась на 27 i 25% вГдповГдно у фази цвтння й активного утворення бобГв, маса кореня - на 10 i 16% вГдповГдно. Рослини варГанту з глюкозамГном не вГдрГзнялись вГд контрольних. У фазу повно' стиглостГ насГння рослини дослГдних варГантГв Гз застосуванням глюкози i глюкозамГну перебГльшували контрольнГ за масою на 14 i 11% вГдповГдно (див. табл. 4). Розвиток листового (фотосинтетичного) апарату бобових рослин прямо пов'язаний Гз активнГстю фГксацГ'' молекулярного азоту симбютичними структурами на 'х коренях.

АктивнГсть азотфксаци залежить вГд енергетичного забезпечення рослини, що обумовлено активнГстю метаболГзму, зокрема й вуглецевого, продуктГв фотосинтетично' дГяльностГ рослин.

Встановлено пряму залежнГсть мГж ГнтенсивнГстю азотфГксацГ'' (мкмоль, С2Н4/рослинугод) й асимГляцГею СО2 (мкмоль, СО2/рослинугод), R2 = 0,86, а також ГнтенсивнГстю азотфГксацГ'' (мкмоль, С2Н4/(рослинугод) й масою рослини (г), R2 = 0,95 (Kiriziy et al., 2007; Kots et al., 2011 ).

463 Вплив глюкозовмсних моноцукр'в на симбютичш властивостi бульбочкових бактерй

Таблиця 1. Динамка схожостй наання та появи першого справжнього листка у coï за дм комплексних iнокулянтiв на ocHOBi ризoбiй i глюкозовмйсних мoнoцукрiв (вегетацiйний дocлiд, пiщана культура, 20 насйнин / посудину)

Ктькйсть cхoдiв / посудину, шт.

Схожйсть нaciння, %

Вaрiaнт

Ризобй (контроль) Ризобм + глюкоза Ризобй' + глюкозамйн

Доба пйсля пociву

7-ма 5,2±1,3 12,2±1,0* 10,4±1,1 *

8-ма 7,4±1,6 13,6±0,8* 13,8±1,0*

11-та 13,8±1,2 14,4±0,6 14,4±0,8

7-ма 26±6,3 61 ±5,0* 52±5,7*

8-ма 37±7,9 68±4,1 * 68±4,7*

11-та 69±5,9 72±3,0 72±4,1

Вaрiaнт

Ризобй' (контроль) Ризобй' + глюкоза Ризобй' + глюкозамйн

Ктькйсть рослин ¡з першим cпрaвжнiм листком / посудину, шт. _Доба пйсля посйву_

19-та 0,4±0,2 1,4±0,5* 0,2±0,2

20-та 3,0±0,8 3,4±0,5 1,8±0,6

21-ша 7,4±0,6 10,4±1,1 * 9,4±1,1*

22-га 11,2±0,5 14,0±0,5* 12,0±0,9

Тут i нaдaлi: * - достовйрно (р<0,05) до контрою (¡нокуляцйя нaciння ризобйями)

Таблиця 2. Формування вегетативно)' маси рослинами соУ за ¡нокуляцй наання ризобйями з глюкозовмйсними моноцукрами

_Фаза цвтння_Фаза активного утворення бобйв

_Варйант_Надземна частина_Корйнь_Надземна частина_Корйнь

Ризобй (контроль) 4,33±0,63 3,31±0,25 10,62±0,89 5,60±0,74

Ризобй + глюкоза 5,51±0,45* 3,63±0,45 12,77±0,41* 6,48±0,65

Ризобй + глюкозамйн 4,60±0,37 2,30±0,18 10,68±0,85 5,46±0,49

Нами показано достовйрне пйдвищення ступеню реалйзацй' нодуляцмноУ (бульбочкоутворюючоУ) здатностй ризобйй соУ пйд впливом глюкозовмйсних моноцукрйв на культуру мйкроорганйзмйв (табл. 3). Так за дй глюкози середнйй показник ктькосп бульбочок на рослин збйльшився порйвняно до варйанту з ¡нокуляцйею наання ризобйями в 1,6; 2,2 та 1,7 рази вйдповйдно у фази розвитку двох справжнйх листав, цвтння й активного плодоутворення у соУ. Маса бульбочок на рослинй, при цьому, переважала контроль у 1,4; 2,3 та 1,4 рази вйдповйдно. У варйантй ¡з застосуванням глюкозамйну на коренях рослин утворювалось бульбочок в 2,2; 2,3 та 1,4 рази бйльше, нйж у контрольному варйантй. Маса цих бульбочок на рослин була бйльшою за контроль в 2,1 i 1,9 рази у фази розвитку двох справжнйх листав та цвтння, тодй як у фазу активного утворення бобйв не вйдрйзнялась вйд контролю. Отже, глюкоза за дм на культуру бульбочкових бактерйй соУ сприяла збалансованому пйдвищенню як ктькосп, так i маси кореневих бульбочок на рослинах, тодй як за дм глюкозамйну утворювалась велика ктьюсть бульбочок, навйть бйльша, нйж за використання глюкози (фаза цвтння), але дан бульбочки були невеликого розмйру i маси (фази цвтння й активного плодоутворення).

Оцйнка функцюнальноУ активносл симбйотичного апарату соУ (див. табл. 3) засвйдчила максимально позитивний вплив глюкози на ризобйальну культуру, осктьки в даному варйантй протягом як фази цвтння, так i активного плодоутворення нйтрогеназна активнйсть залишалась стабтьно високою i переважала контрольн значення в 2,1 i 1,7 рази вйдповйдно.

Таблиця 3. Ступйнь реалйзацй симбйотичних властивостей бульбочкових бактерйй соУ за дП' глюкозовмйсних цукрйв на ризобйальну культуру

Нодуляцййна активнсть ризобйй_ Нйтрогеназна активнсть кореневих

Варйант Ктьюсть бульбочок на рослину Маса бульбочок на рослин бульбочок

шт. мг мкмоль С2Н4 / (рослину • год)

Фаза розвитку двох справжнйх листкйв

Ризобй(контроль) 15,8±3,9 24,77±8,55 -

Ризобй + глюкоза 25,3±3,9* 34,84±5,85 -

Ризобй + глюкозамйн 34,0±3,8* 51,88±7,36* -

Фаза цвйтйння

Ризобй(контроль) 12,3±3,5 155,83±46,90 1,19±0,27

Ризобй + глюкоза 26,7±4,8* 355,50±46,95* 2,47±0,17*

Ризобй + глюкозамйн 28,8±4,3* 293,27±39,50* 2,00±0,27*

Фаза активного плодоутворення

Ризобй(контроль) 29,2±3,0 720,93±65,88 5,87±0,79

Ризобй + глюкоза 50,8±7,1 * 1020,02±113,37* 9,68±1,04*

Ризобй + глюкозамйн 40,5±2,7* 723,82±25,83 6,28±0,54

« - » - не визначали

За впливу глюкозамГну ризобГУ утворили симбюз Í3 активнiстю в 1,7 рази вищою, нiж монокультура у фазу цвтння, але вже у фазу активного утворення бобiв здатнiсть даноУ симбютичноУ системи до фiксацií азоту була на рiвнi контролю, що може бути обумовлено невеликою (на рiвнi контролю) масою цих бульбочок, оскГльки для соУ встановлено прямий зв'язок мiж iнтенсивнiстю азотфiксацií та масою кореневих бульбочок на рослин (tots et al., 2011). Аналiз структури урожаю засвiдчив позитивний вплив Ыокулянлв iз додаванням глюкозовмГсних моноцукрiв на формування генеративних органГв i насiння рослинами соУ (табл. 4). За використання глюкози для модифкацп бактерiального агенту рослини сформували бГльше, нiж у контролi плодовузлiв (на 26%) i бобiв (на 37%) з масою на 16% бГльшою. Юльюсть i маса наанин на рослинах даного варiанту переважала контрольнi на 21 i 15% вГдповГдно. Маса 1000 наанин була на рiвнi контролю. У варiантi з Ыокуля^ею насiння композицieю ризобГУ + глюкозамЫ на рослинах сформовано плодовузлГв на 14% i 6о6Гв на 16% бтьше за контроль^ значення. Маса 6о6Гв при цьому переважала контроль на 13%. Показники кГлькосп i маси наанин на рослин були бГльшими за контрольнГ на 8 i 14%. Маса 1000 наанин достовГрно вГдрГзнялась вГд контролю, що вказуе на бГльшу виповненiсть наання в даному варiантi. Урожай наання соУ у вaрiaнтaх Гз додаванням до ризобiального Гнокулянту глюкозовмГсних моноцукрГв достовГрно (на 14%) перевищував урожай, сформований рослинами за Гнокуляци монокультурою ризобм, що свГдчить про бГльшу ефективнГсть соево-ризобГальних симбГозГв, утворених бульбочковими бактерГями, модифГкованими глюкозовмГсними моноцукрами.

Таблиця 4. Структура урожаю соУ за передпоавноУ бактеризацп насГння Гнокулянтами на основГ ризобГй i глюкозовмГсних моноцукрГв_

ВарГант (передпосГвна обробка насГння)

CrpyKTypa ypoxaro coi РизобГУ РизобГУ + РизобГУ +

(контроль) глюкоза глюкозамГн

KrnbKicTb 6o6iB, mT 6,8±0,3 9,3±1,3* 7,9±0,5*

137 116

KmbKicTb n^0fl0By3^ÍB, mT. 5,8±0,3 7,3±0,5* 6,6±0,3*

126 114

Maca 6o6iB, r Ha pocni/iHy 4,04±0,03 4,67±0,22* 4,56±0,35*

116 113

KmbKicTb HaciHiiH, mT. 16,0±0,5 19,3±1,8* 17,2±1,4

121 108

Maca HaciHiiH, r 2,96±0,05 3,40±0,22* 3,38±0,25*

115 114

Maca HaciHiiH Ha nocyqi/iHy, r 17,80±0,31 20,27±1,20* 20,25±1,50*

114 114

Maca 1000 HaciHiiH, r 187,17±4,88 189,37±7,25 199,20±0,80*

101 106

Maca poc/iMHM, r 6,80±0,10 7,77±0,27* 7,53±0,85

114 111

K rocn. 0,44±0,01 0,44±0,01 0,45±0,02

100 102

y m/ice/bHi/iKy - a6co/roTHi 3HaneHHfl, y 3HaMeHHi/iKy - BigcoTOK BigHOCHO BapiaHTy 3 iHOKy/n^ero HaciHHn Ky/bTyporo pi/i3o6ii/i.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

Bmchobkm

OTxe, 3acTOcyBaHHfl rnroK030BMicHi/ix мoнoцyкpiв nK flOflaTKOBi/ix eKO/oriMHO 6e3neMHMX npi/ipo,qHi/ix areHTiB y KOMn/ieKCHi/ix iHOKy/nHTax i3 6y/b60MK0Bi/iMi/i 6aKTepinMM coi y BereTa^MHi/ix yMOBax i3 ni^aHoro Ky/bTyporo cnpi/ine 6i/bm noBHiM pea/Ba^i a/iM6ioTi/mHoro i npogyKTMBHoro noTeH^a/y C0eB0-pi/i306ia/bHi/ix ci/iM6io3iB nopiBHnHO go Bi/iKopi/iCTaHHn MOHOKy/bTypi/i pM3o6iw gin nepegnociBHOi o6po6Ki/i HaciHHn.

References

Antypchuk, A.F., Pilyashenko-Novokhatniy, A.I., Evdokimenko, T.M. (2011). Practicum on Microbiology. Kyiv. University "Ukraine" (in Ukrainian).

Basler, A., Dippold, M., Helfrich, M., Dyckmans, J. (2015). Microbial carbon recycling: an underestimated process controlling soil carbon dynamics. Biogeosciences Discussions 12, 9729-9750. DOI: 10.5194/bgd-12-9729-2015.

Beneduzi, A., Ambrosini, A., Passaglia, L.M.P. (2012). Plant-growth-promoting rhizobacteria (PGPR): Their potential as antagonists and biocontrol agents. Genet. Mol. Biol., 35(Suppl. 4), 1044-1051.

Burgmann, H., Meier, S., Bunge, M. et al. (2005). Effects of model root exudates on structure and activity of a soil diazotroph community. Environ. Microbiol., 7(11), 1711-1724.

Chebotar, V.K., Raphalskiy, S.V., Aritkin, A.G., Esion V.V. (2013). Efficiency of combined application of microbiological means for soybean cultivation. Dostizheniya nauki i tekhniki. APK, 8, 23-25 (in Russian).

465 Bn/iHB r/ii0H030BMicHHX MOHoyKpiB Ha CHM6ioTHHHi BJiacTMBOOTi 6y/ib60HH0BHX 6aKrepiH

Chebotar, V.K., Malfanova ,N.V., Shcherbakov, A.V., Ahtemova, G.A., Borisov,A.Y., Lugtenberg, B., Tikhonovich, I.A. (2015). Endophytic bacteria in microbial preparations that improve plant development (Review). Applied Biochemistry and Microbiology, 51 (3), 271 -277. DOI: 10.1134/S0003683815030059.

Djordjevic, M.A., Mond-Radzman, N.A., Imin, N. (2015). Small-peptide signals that control root nodule number, development, and symbiosis. J. Exp Bot., 66(17), 5171-5181. DOI: 10.1093/jxb/erv357.

Garipova, S.R. (2012). The ecological role of endophytic bacteria in symbiosis with legumes and their use in plant breeding. Advances in Current Biology, 132(5), 493-505 (in Russian).

Jabbarova, D.P., Egamberdieva, D., Davranov, K., Jabbarov, M.P. (2013). Restoration of growth of soybean under saline conditions due to inoculation with Bradyrhizobium japonicumand Pseudomonasputida. Uzbek. Biol. J., 5, 23-26.

Hardy, R.W.F., Burns, R.C., Holsten, R.D. (1973). Application of the acetylene-ethylene assay for measurement of nitrogen fixation. Soil. Biol. Biochem., 5(1), 41 -83.

Isobe, K., Ohte, N. (2014). Ecological perspectives on microbes involved in N-cycling. Microbes Environ., 29(1), 4-16. DOI: 10.1264/jsme2.ME13159.

Kyrychenko, E.V. (2014). Crop biotechnology. Nikolaev: Ilion, 436 (in Russian).

Kyrychenko, O.V. (2015). Market analysis and microbial biopreparations creation for crop production in Ukraine. Biotechnologia Acta, 8(4), 40-52.

Kyrychenko, O. (2016). Microbial preparations for crop in the agrarian market of Ukraine. Nikolaev: Ilion (in Russian). Kyrychenko, O.V. (2016a). Biological activity of rhizosphere soil spring wheat in association with bacteria Azotobacter chroococcum T79 modified N-acetyl-D-glucoseamine. Microbiol. and Biothecnol., 3, 30-42 (in Russian). DOI: http://dx.doi.org/10.18524/2307-4663.2016.3(35).77955.

Kiriziy, D.A., Vorobey, N.A., Kots, S.Ya. (2007). The relationship of nitrogen fixation and photosynthesis as the main components of the production process in alfalfa. Russ. Plant Physiology, 54 (5), 666-671. (In Russian).

Kots, S.Ya., Morgun, V.V., Patyka, V.Ph. et al. (2011). Biological nitrogen fixation: Legume-rhizobium symbiosis. Kiev: Logos (in Russian).

McNear Jr., D.H. (2013). The rhizosphere - roots, soil and everything in between. Nat. Educ. Knowl., 4(3):1. Available from:

http://www.nature.com/scitable/knowledge/library/the-rhizosphere-roots-soiland-67500617/ Accessed 11 Jan 2018.

Trivedi, P., Pandey, A., Palni, L.M.S. (2012). Bacterial inoculants for field applications under Mountain Ecosystem: present

initiatives and future prospects. Bacteria in Agrobiology, Plant Probiotics; Ed. D.K. Maheshwari. Springer, 15-44.

Shiro, S., Matsuura, S., Rina Saiki, G., Sigue, C., Yamamoto, A, Umehara, Y., Hayashi, M., Saeki Y. (2013). Genetic diversity and

geographical distribution of indigenous soybean-nodulating Bradyrhizobia in the United States. Applied and Environmental

Biology, 79(12), 3610-3618.

Citation:

Kyrychenko O.V., Khomenko Yu.O., Kots S.Ya. (2018). Effect of glucose-containing monosaccharides on the symbiotic properties of soybean nodule bacteria and plant crop formation. Ukrainian Journal of Ecology, 8(1), 460-465. I Thk work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0. License

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.