CC BY
153
Ukrainian Journal of Ecology
Ukrainian Journal of Ecology, 2018,8(3), 98-105
ORIGINAL ARTICLE
Peculiarities of the formation and functioning of soybean-rhizobial complexes and the productivity of soybean culture under the influence of retardant of paclobutrazol
V.G. Kuryata, L.A. Golunova
Vinnitsya State Pedagogical University after named Mykhailo Kotsyubynskiy, Ostrozhskogo St., 32, Vinnitsa, 21000,
Ukraine
E-mail: [email protected] Received: 20.04.2018. Accepted: 21.06.2018
The effect of triazole derivative retardant of paclobutrazol on the formation and function of soybean-rhizobial complex, activity of key ferments of nitric metabolism-nitrogenase and nitratereductase, morphogenesis and photosynthetic apparatus of soybean plants in connection with the productivity of the culture have been established. The inoculation of bacteria of seeds with highly effective strain M 8 Bradyrhizobium japonicum followed by treatment of the plants with antigibberellic preparation of paclobutrazol during budding caused essential anatomic-morphological and physiological changes in function of the source-sink system optimized the formation and function of bean-rhizobial complexes. Since the intensity of symbiotic nitrogen fixation is considerably dependent on the process of photosynthesis application of the retardant proved to be effective, for it was followed by increase of leaves in number and in their total area per plant as a result from the stem branching. The simultaneous application of paclobutrazol caused the formation of a more powerful mezostructure of the leaves due to the enhanced development of the main photosynthetic tissue - chlorenchima, per unit of the leaf area. Thus the application of paclobutrazol tended to bring into action the more developed of source spheres of the plants which provided with assimilates symbiotic nitrogen fixation as well as processes of carpogenesis. The result obtained in the research testify to the steady trend towards the formation of bean-rhizobium complexes: under the effect of retardant the number and weight of tubers on the roots of the inculcated plants increased. The analysis of the nitrogen-fixing activity of the tubers shows that under paclobutrazol there was a significant increase of the nitrogen activity of bean-rhizobial complexes, which occurred, evidently, also due to more intensive absorption of assimilators in consequence of photosynthetic intensification of plant productivity. Along with generative organs bean-rhizobial complexes serve as supplementary traction centres for the redistribution of products of photosynthesis. One of the important factors which influenced the formation of plant productivity was that to enhance the assimilate assurance of the processes of symbiotic nitrogen fixation causing a shift of nitrogenase activity towards a later stage of ontogenesis - the green bean phase. Beside the assimilation of free nitrogen, due to the nitrogen activity of the tubers, a part of nitrogen was consumed by plants from the soil in the nitrate form, which dominated the bound forms of nitrogen. The analysis of the obtained data testifies to the use of paclobutrazol preceded by inoculation of soybean seeds with strains M 8 Bradyrhizobium japonicum which provided growth activity of nitratereductase both in roots and in leaves of soybean plants. We found out that the highest activity of nitrate reduction with mutual use of strain and retardant occurred in the period of blossom. Thus, the application of paclobutrazol against the inoculation background with strains M 8 brought into effect a considerable growth of nitrogen reduction activity both in the leaves and in the roots in comparison with the absolute control (spontaneous inoculation), and which efficiently enhanced the nitrogen metabolism of plants. To sum up, the complex application of paclobutrazol after inoculation of the seeds with strain M8 Bradyrhizobium japonicum proved to be the efficient cause of stem branching as well as growth of beans in number and their crop productivity due to the formation of a more powerful photosynthetic apparatus and more essential redistribution of nitrogene in the plants.
Keywords: Glycine max (L.) Merr.; retardants; nitrogen fixation activity; morphogenesis; productivity process
Вступ
Особливосп формування i функцюнування бобово - ризобiальних комплекав значною ммрою визначають забезпечення рослин зв'язаним азотом, що суттево впливае на урожайнкть бобових культур. Важливий вплив на взаемод^ бобово!' рослини з ризобiями мають фiзiологiчний стан рослини з одые!' сторони, та вiрулентнiсть й активнкть бактерм з ЫшоУ, в зв'язку з чим ведеться пошук шляхiв моб^зацп внутршых резервiв азотфiксаторiв для
досягнення максимально!' Ытенсифкацп процесу бiологiчноï фiксацiï атмосферного азоту (Lee et al., 2012; Leonova, 2015). Ознаками високо)' азотфксувально)' активносп е також конкурентоздатнiсть по вГдношенню до аборигенноï мiкрофлори фунту та стмюсть до стресових чинниюв бактерiальних препаратiв. Встановлено, що ефективний симбюз бульбочкових бактерiй з рослиною-господарем встановлюеться за умови надходження i3 бобово) рослини до ïï кореневих бульбочок достатньо) кiлькостi продуктiв фотосинтезу, як е джерелом енергГГ для азотфГксаци i асимiляцiï амiаку. ЗбГльшення потоку фотоасимiлятiв в бульбочки, як правило, призводить до посилення азотфГксаци i навпаки (Kots et al., 2011).
Сучасний стан розвитку фiтофiзiологiï дозволяе проаналiзувати процеси накопичення i перерозподГлу фотоасимiлятiв та елементiв живлення мiж органами рослини з позицм концепци донорно-акцепторних вiдносин рослини ("source-sink" - система). При цьому, як правило, в якосп донора розглядаються процеси фотосинтезу, а в якосп акцептора -процеси росту, накопичення резервних речовин i зони активного метаболГзму при автотрофному живлены (Yu et al., 2015; Bonelli et al., 2016), або взаемодiя мГж органами запасу та процесами росту на гетеротрофному етап розвитку проростку (Poprotska and Kuryata, 2017; Kuryata et al., 2017). Для бобових рослин аналiз донорно-акцепторних вщносин не може бути обмеженим лише специфкою перерозподiлу асимiлятiв мГж вегетативними i генеративними органами рослин, процесами росту й фотосинтезу, оскГльки додатковими атрагувальними центрами перерозподГлу асимГлялв виступають бобово-ризобГальнГ комплекси. Розвиток i функцюнування кореневих бульбочок потребуе регуляци, зокрема за учасп фГтогормонГв. I хоча питання гормональное регуляци симбiотичноï азотфГксаци е одним Гз важливих, воно залишаеться ще малодослГдженим. Встановлена позитивна дГя ауксинГв та цитокГнГнГв на процеси формування бульбочок (Nonokava et al., 2007). З'ясованою е також здатнГсть бульбочкових бактерГй синтезувати пберелЫи, однак обробка насГння соУ пберелЫом уповГльнювала утворення бульбочок та здмснювала негативний вплив на процеси азотфГксаци (Zhang et al., 1997). Виходячи з наведеного, доцГльно проаналГзувати вплив препаралв з антигГберелГновим механГзмом дм - ретардантГв на формування i функцГонування бобово-ризобГального комплексу. Ретарданти - синтетичнГ регулятори росту, якГ застосовуються для ГнгГбування ростових процесГв (Kasem and Abd ElBaset, 2015; Carvalho et al., 2016), пГдвищення спйкосп рослин до несприятливих факторГв середовища (Li et al., 2010; Peng et al., 2014; Abu-Muriefah, 2015; Mo et al., 2016; Кошелев, 2017), регуляци якостГ продукци (Souza, 2010). ЦГ препарати значно вГдрГзняються за своею хГмГчною будовою, однак викликають один i той же ефект - уповГльнюють подГл i розтягування клГтин, що призводить до гальмування росту в цГлому, не викликаючи аномальних вГдхилень. При цьому вони сприяють формуванню бГльш потужноТ донорноТ сфери в рослинГ (Matsoukis et al., 2015; Sousa Lima et al., 2016; Wang et al., 2016). При достатнм активносп асимГляцГйного апарату штучне обмеження росту вегетативних органГв пГд впливом ретардантГв призводить до перерозподГлу асимтялв в бГк формування плоду, внаслГдок чого часто пГдвищуеться урожайнГсть та покращуеться якГсть продукцп сГльськогосподарських культур (Altintas, 2011; Pavlista, 2013; Macedo et al., 2017). ВГдомо, що фГзюлопчний ефект ди препаралв цГе1 групи здГйснюеться або через блокування синтезу пберел^в в рослинГ, або блокуванням утворення гормон-рецепторного комплексу, внаслГдок чого не реалГзуеться дГя вже синтезованого гГберелГну (Sang-Kuk and Hak-Yoon 2014; Rademacher, 2016; Hedden and Thomas, 2016). Роботи останнГх рокГв свГдчать, що застосування рГзних груп ретардантГв не лише призводить до уповГльнення лГнГйного росту, але й стимулюе галуження стебла, закладку бтьшо1 кГлькосп квГтГв та плодГв, що суттево пГдвищуе урожайнГсть сГльськогосподарських культур (Pobudkiewicz, 2014; Rogach and Rogach, 2015; Kasem and Abd ElBaset, 2015; Rogach et al., 2016; Koutroubas, 2016). При цьому в лГтературГ вщсуты данГ про ефективнГсть спГльного застосування ¡нокуляцп насГння високоефективними штамами Bradyrhizobium japonicum та обробки ретардантами для оптимГзаци продукцмного процесу. Практично вГдсутнГ також данГ про вплив ретардантГв на активнГсть нГтрогенази та нГтратредуктази, якГ е ключовими ферментами у фксаци атмосферного азоту та включеннГ нггралв в метаболГзм. Серед рГзних груп ретардантГв в останнГ роки все бГльше застосовують триазолпохГднГ препарати, якГ проявляють найбГльш сильну антигГберелГнову дГю - паклобутразол (Kumar et al., 2012, 2016), унказол (Yan W., et al., 2013; Yan Y. et al., 2015), тебуконазол (Kuryata and Kravets, 2018) та ¡ншл. Встановлено, що паклобутразол не спричиняе мутагенноï дм, i з токсиколого-ппеннних мГркувань е найбГльш прийнятним серед триазолпохГдних препаратГв.
В зв'язку з викладеним, метою дано^ роботи було вивчити вплив триазолпохГдного ретарданту паклобутразолу на формування та ефективнГсть функцГонування симбютичноГ системи соя - Bradyrhizobium japonicum, морфогенез, продуктивнГсть та якГсть продукци культури соï.
Матерiали i методи дослщжень
Рослини соï сорту ПодГльська 1 вирощували в 15-кГлограмових посудинах в фунтовм культурГ на поживному середовищГ ВН1С у вегетацмному будиночку кафедри бiологiï ВГнницького державного педагопчного унГверситету. 1нокуляцГю насГння проводили в день авби штамом Bradyrhizobium japonicum М 8. Перед поавом насГння протягом 20 хв. стерилвували 70 %-им етиловим спиртом, промивали в проточнГй водГ та Ыокулювали. НасГння для контрольного варГанту не Гнокулювали, лише промивали водою. В посудинах вирощували по 5 рослин. Протягом дослГдження пГдтримувалася 60% волопсть Грунту, освГтлення - природне.
Обробляли рослини в ранковГ години до повного змочування листав 0,025%-м розчином паклобутразолу (ПБ) у фазу бутонвацп. Паклобутразол - 4,4-диметил-2-(1,2,4-триазолГл-1)-1-(4-хлорфенГл) пентанол-3, похГдна 1,2,4 триазолу. Характеризуеться низькою розчиннГстю у водГ - 0,035 г/л, температура плавлення 165-166 °С. ЛД50 для бГлих пацюкГв 1356-1953 мг/кг. КонтрольнГ рослини обробляли водопровГдною водою.
Морфометричн показники - висоту рослин, ктьюсть листав, сумарну площу листковоУ noBepxHi, ктьюсть i масу бульбочок на коренях визначали у кожну фазу розвитку. Мезоструктурну органГзацГю листав соУ вивчали на фксованому матерiалi за допомогою мiкроскопа „Микмед-1" i окулярного мГкрометра МОВ-1-15х. Рослинний матерiал фiксували сумГшшю, яка складалася з рiвних частин етилового спирту, глщерину, 1%-го водного розчину формалГну. Вимiрювання клiтин епщермку проводили на препаратах, мацерованих 5 %-м розчином оцтовоУ кислоти в 2 N солянм кислотi. В ходi вегетацй, за фазами розвитку (цвтння-початок утворення бобiв, масове формування бобiв, фаза зеленого бобу) вiдбирали рослини для подальших дослiджень. Рослини для бiохiмiчних аналiзiв фiксували рiдким азотом та досушували в сушильнiй шафГ при температурi 60°С. Повторнiсть дослав п'ятикратна. Азотфiксувальну (нiтрогеназну) активнiсть визначали за рiвнем ацетиленвiдновлювальноí активностi (АвА) кореневих бульбочок ацетиленовим методом. КорЫня з бульбочками помiщали в герметично закрит гумовими мембранами склянi флакони емюстю 100 см3, в як вводили ацетилен. Кiнцева його концентрацГя у газовiй сумiшi флакона становила 10 %. Тривалiсть iнкубацií аналiзованих рослинних зразкiв - 1 година. Пкля цього газову сумiш, яка мктила етилен, утворений в результат редукцп ацетилену нiтрогеназою, аналiзували на газовому хроматографi "Chromatograf - 504" ("Mera Elwro", Польша) з полум'яно - iонiзацiйним детектором. Роздiлення газГв проводили на колонцГ (0,40-130 см) Гз Parapac N при температурi 80°С. Газом - носiем був азот (50 мл за 1 хв). Об'ем аналГзованоУ проби газовоУ сумш становив 0,5-1,0 см3. Як стандарт використовували чистий етилен. Ытратредуктазну активнГсть у листках i коренях визначали вакуум - ЫфшьтрацГею 0,1 н. KNO3 (30 хв. при 270С) з наступним визначенням оптичноУ густини розчину при довжинГ хвилГ 540 нм пГсля додавання реактиву ГрГсса. В насГннГ на юнець вегетацй оцГнювали вмГст загального азоту -за Кельдалем, олГУ - методом екстракци в апаратГ Сокслета Розчинником слугував петролейний ефГр з температурою кипЫня 40-65°С (AOAC, 2010).
Результати дослГджень обробляли статистично з використанням комп'ютерноУ програми '^айБйса". В таблицях i на рисунках представлен середнГ арифметичнГ значення та Ух стандарты похибки.
Результати
Нами встановлено, що обробка препаратами призводить до суттевих морфолопчних змГн, модифкаци ГнтенсивностГ росту окремих органГв в рГзнГ фази розвитку соУ. Зокрема, ГнокуляцГя насГння штамом М 8 мала стимулюючий ефект i зумовлювала збГльшення висоти рослин. СпГльне застосування паклобутразолу та штаму М8 призводило до зменшення висоти рослин та посилення галуження стебла (рис. 1).
! 2 Í
Рис. 1. Вплив штаму Bradyrhizobium japonicum М 8 та паклобутразолу на ркт рослин со!' Подтьська 1. 1 - контроль, 2 -
обробка штамом М8, 3 - обробка М8+0,025% ПБ.
Вщомо, що дiя регуляторiв росту на фотосинтетичну продуктивнкть рослини значною мiрою реалiзуеться через анатомо - морфолопчы змiни фотосинтетичного апарату, в першу чергу через формування листковоУ поверхн рослин (Kuryata and Polyvanyi, 2018). При цьому, юльюсть вуглекислоти, що поглинаеться цтою рослиною i, вiдповiдно, маса новоутворених пластичних речовин в рiвних умовах характеризуеться як Ытенсивнктю фотосинтезу одиниц площi поверхнi листка, так i сумарною площею листкiв даноУ рослини. Отриман нами данi свiдчать, що за умов застосування штаму М 8 Bradyrhizobium japonicum та сумкного використання Ыокуляци цим штамом та обприскування паклобутразолом в ус фази перюду плодоношення зростала кiлькiсть листав та площа сумарноУ листковоУ поверхн рослин соУ, причому комплексне застосування Ыокуляци та препарату було найбтьш ефективним (табл. 1) .
Таблиця 1. Вплив Ыокуляцп та паклобутразолу на морфо^зюлопчы характеристики листав соУ сорту Подiльська 1
Перюд Показник Контроль Штам М 8 Штам М 8+ ПБ
вегетацй
Кшьюсть 5,12 ± 1,02 9,02 ± 2,12* 12,05 ± 1,65*
ск I I листкiв, шт.
Площа листкiв, 196,98 ± 4,02 279,34 ± 6,10* 264,19 ± 3,16*
'í= 'm см2
ЧПФ, г/м2-добу 1,32 ± 0,12 2,41 ± 0,24* 2,03 ± 0,14*
CK i
ф i штат
8 I
о
0
1
CU ^ ^ Ю Ф о m VO та m
та ©
Юльюсть листав, шт. Площа листкiв, см2 ЧПФ, г/м2-добу Кiлькiсть листкiв, шт.
Площа листав, см2
ЧПФ, г /м2-добу
7,24 ± 4,12 233,30 ± 2,77 1,27 ± 0,17 9,11 ± 2,12 265,32 ± 4,36 0,94 ± 0,05
11,33 ± 1,25* 294,12 ± 3,15* 2,33 ± 0,14 14,33 ± 4,12 311,17 ± 6,07* 1,13 ± 0,11*
15,23 ± 1,18* 300,04 ± 3,16*
3,11 ± 0,10 24,17 ± 2,12* 337,41 ± 6,20* 2,17 ± 0,08*
Примака: * - рiзниця дост^рна при Р<0,05.
В лiтературi представлен нечисельнi данi щодо iнтенсивностi фотосинтезу за дм ретардантiв. Однieю з причин посилення фотосинтезу со)' за дм паклобутразолу e збiльшення вмкту фотосинтетичних пiгментiв - хлорофiлiв i каротино)дв в листках (Abd Ei-Aal and Eid, 2017). Аналопчне пщвищення вмiсту пiгментiв, продовження перiоду жип^яльносл листкiв со)' та пiдвищення Ух фотосинтетичноУ активностi вiдмiчено при застосуванн iншого ретарданту -триазолпохiдного препарату унконазолу (Yan et al., 2015) та хлормекватхлориду на рослинах Ginkgo biloba (Zhang et al., 2013). Про посилення фотосинтетичноУ активносп листав соУ пщ впливом Ыокуляци та комплексному застосуванн бактеризацiУ та паклобутразолу свщчать одержанi нами результати вивчення чистоУ продуктивностi фотосинтезу (ЧПФ) по варiантах дослiду (табл. 1). Осшьки цей показник характеризуе фотосинтетичну активнсть одиницi площi листка, при аналiзi отриманих даних доцiльно охарактеризувати особливосп анатомiчноУ будови листкiв, якi мають вiдношення до фотосинтетичних процесiв i яю в науковiй лiтературi отримали назву «мезоструктура».
Iснуючi в лiтературi данi про вплив ретардантiв на мезоструктурн характеристики листкiв свiдчать про Ух оптимiзацiю за дм препаралв з антигiберпелiновим механiзмом дм. Дослужено, що у рослин льону олмного (Kuryata and Khodanitska, 2018), маку олмного (Kuryata and Polyvanyi, 2018 ) та томалв (Kuryata and Kravets, 2018 ) пщ впливом ретарданлв рiзних класiв вiдмiчалося потовщення листковоУ пластинки за рахунок збтьшення розмiрiв мезофiльних клiтин. Отриманi нами дан свiдчать, що аналогiчнi змЫи при застосуваннi паклобутразолу та бактеризаци високоактивним штамом та вiдбувалися у листках рослин соУ. Паклобутразол на фон iнокуляцiУ насiння штамом М 8 впливав на товщину листкових пластинок найбтьше у порiвняннi з бактериза^ею та контрольним варiантом. При цьому об'ем кл™н стовпчастоУ паренхiми листкiв по варiантах дослiду також набував максимального значення при сумкному застосуванн iнокуляцiУ штамом та паклобутразолу. Разом з тим, застосування препаралв практично не впливало на розмiри кл™н губчастоУ паренхiми. Застосування Ыокуляци штамом М 8 в комплекс з паклобутразолом призводило до змЫ у продиховому апарал листка, збтьшуючи кiлькiсть продихiв на одиницю абаксально)' поверхнi листка, що е важливим показником iнтенсивностi газообмiну та транстрацмних процесiв (див. табл. 1 ).
Таблиця 2. Вплив iнокуляцiУ штамом М8 Bradyrhizobium japonicum та обробки паклобутразолом на мезоструктурн показники листав соУ сорту Подiльська 1 (фаза формування плодiв).
BapiaHT Товщина листка, мк Об'см клiтин стовпчасто'| пapенхiми, мк3 Довжина кл^ин губчасто'| пapенхiми, мк Ширина клiтин губчасто'| пapенхiми, мк Кшьккть пpодихiв на мм2 абакаально! повеpхнi листка
Контроль 163,7 ± 4,21 2161 ± 91 30,7 ± 3,23 26,3 ± 2,33 173,1 ± 4,43
Штам М 8 263,0 ± 8,94* 2387 ± 45* 34,9 ± 1,72 29,7 ± 2,26 184,5 ± 1,72*
Штам М8+ПБ 319,5 ± 6,63* 4777 ± 32* 33,3 ± 1,37 28,4 ± 0,91 198,2 ± 4,53*
Примiтка: див. табл.1.
Отже, пщвищення показника ЧПФ при застосуванн штаму М 8 та паклобутразолу пов'язане з потовщенням листковоУ пластинки i кращим розвитком асимтяцмно)' паренхiми. Найбiльш ефективним було комплексне застосування ретарданту та бактеризаци штамом М8. Таким чином, ретардант на фон Ыокуляци штамом М8 Bradyrhizobium japonicum позитивно пливав на анатомо - морфолопчы параметри фотосинтетичного апарату рослин соУ, що е важливою передумовою оптимiзацiУ формування та функцюнування бобово-ризобiальних комплексiв. Одним iз критерив оцiнки ефективностi комплементарно)' взаемоди макро- i мiкросимбiонтiв е вiрулентнiсть бульбочкових бактерiй, яку визначають за кшьюстю бульбочок, що утворилися. В ходi нашого дослiдження встановлено збтьшення нодуляцмноУ активностi при застосуваннi високоефективного штаму М 8 Bradyrhizobium japonicum проти контролю (спонтанно)' Ыокуляци, табл. 3). Максимальна кшьюсть та маса бульбочок вiдмiчалася за дй' ретарданту на фон використання штаму М8 в ус фази розвитку рослин со)', найвищими цi показники були у фазу зеленого бобу.
Таблиця 3. Вплив Ыокуляцп та ретарданлв на формування азотфiксувального апарату соУ сорту Подiльська 1
Фаза розвитку
Цвтння Формування бобiв Зеленого бобу
Ктьюсть Суха Ктьюсть Суха Ктьюсть Суха
Варiант бульбочок, речовина бульбочок, речовина бульбочок, речовина
шт бульбочок, г шт бульбочок, г шт бульбочок, г
Контроль 6,6 ± 0,17 0,02 ± 0,011 11,2 ± 0,18 0,12 ± 0,041 19,0 ± 0,31 0,17 ± 0,103
Штам М 8 30,9 ± 0,16 ± 0,032* 52,3 ± 0,37 ± 0,053* 59,2 ± 0,11* 0,45 ± 0,057*
0,06* 0,23*
Штам М 8 +ПБ 36,2 ± 0,23 ± 0,036* 56,4 ± 0,42 ± 0,043* 66,1 ± 0,14* 0,68 ± 0,134*
0,11* 0,16*
Примлтка: див. табл.1.
Вiрулентнiсть бульбочкових бактерiй мае важливе значення при утворенн ефективного симбiозу, однак основне i вирiшальне значення в даному процеа належить азотфiксувальнiй активностi утворених бульбочок. 1снуе кореляцiя мiж фотосинтетичною активнктю рослин i розвитком бульбочок (Kots at oll, 2011). Перюд утворення бобiв у рослин соУ супроводжуеться вiдтоком асимтялв до генеративних органiв i, як наслщок, припиняеться активний рiст вегетативноУ маси рослин, рiзко знижуеться ацетиленвщновлювальна активнiсть кореневих бульбочок. За умов ефективного симбюзу бульбочок наприкiнцi репродуктивноУ фази настае Ух старiння. У неефективних бульбочках бактерп в Ыфкованих клiтинах не перетворюються у сформовав бактероУди i швидко старiють. Отже, пщвищення продуктивностi симбiотичних систем соУ може бути досягнуте шляхом пщтримки високоУ азотфксувальноУ активностi та Ытенсивносл фотосинтетичних процесiв у генеративну фазу розвитку, а необхщною умовою такого поеднання е висока потенцмна активнкть фотосинтетичного апарату рослин пiсля цвтння. Нами встановлено, що за обробки штамом М8 Bradyrhizobium japonicum ытрогеназна активнiсть iстотно збiльшувалася в ус дослiджуванi фази розвитку проти спонтанноУ Ыокуляци (рис. 2). Максимальна ацетиленвщновлювана активнiсть вiдмiчалась у фазу формування бобiв. Застосування ретарданту суттево пщвищувало нiтрогенезну активнiсть симбiотичного комплексу Bradyrhizobium japonicum - соя. Комплексне застосування препаралв призводило також до змщення пку активностi нiтрогенази на бтьш пiзнiй етап онтогенезу-фазу зеленого бобу.
л ь л
н о о
ь 1ч
« ^ ü?
s
о ь л
W т о
о т о 'S о &
о со < « S кт in <N О
2,5
2-
1,5-
0,5
0
формування фаза
П - контроль;
□ - штам М 8;
□ - штам М +0,025% ПБ
фаза цвтння зеленого
6o6iB бобу
Рис. 2. Динамка загальноУ ытрогеназноУ активностi соУ за дм штаму М 8 Bradyrhizobium japonicum та паклобутразолу.
Отже, встановлене формування бтьш потужного фотосинтетичного апарату рослин соУ за дм паклобутразолу, наслщком чого стало краще забезпечення продуктами фотосинтезу бактероУ^в, призводило до посилення Ух ытрогеназноУ активносп. Крiм фксаци вiльного азоту завдяки ытрогеназнм активностi бульбочок, частину азоту рослини споживають iз Грунту у виглядi ытратноУ форми, яка е домЫуючою серед зв'язаних форм азоту. Ытратредуктазна активнiсть регулюеться на рiзних рiвнях. Швидкiсть редукци нiтратiв у листках залежить вщ и притоку з кореыв, розподiлу мiж метаболiчним i вакуолярним пулами. Старiння листав призводить до зниження активносп асимтяторних ферментiв, у тому числi й ытратредуктази. Посилене залучення нiтратiв в азотний метаболiзм рослин може спричинити зниження вмiсту азоту в коренях i прикореневому фунл, а це, в свою чергу, призводить до синтезу ытрогенази в бульбочках (Kots at oll, 2011). Нами встановлено, що пк активносп ытратредуктази у коренях i листках при застосуванн бактеризацiУ та сумiсному використаннi штаму i ретарданту припадав на фазу цвтння, при цьому значення активносп ферменту були бтьш високими у порiвняннi з контролем. У коренях варiанту iз застосуванням паклобутразолу ытратредуктазна активнiсть в цю вважливу фазу розвитку рослини була дост^рно вищою, нiж у варiантi iз застосуванням лише бактеризаци штамом М 8. Зменшення показникiв УУ активностi спостер^али у фазу формування бобiв, хоча в листках рослин контрольного варiанту вiдмiчалося в цей час продовження зростання цього показника (рис. 3).
Рис. 3. Активнкть ытратредуктази в коренях та листках рослин со'Г на фон передпоавноУ Ыокуляцп штамом М 8 та обробки паклобутразолом: ¡^ - контроль; ^^ - штам Bradyrhizobium japonicum М 8; - штам Bradyrhizobium
japonicum М 8+0,025% ПБ.
Таким чином, бактериза^я наання штамом М 8 та застосування паклобутразолу призводить до суттевого зростання ытратредуктазноУ активностi як у листку, так i в коренях проти спонтанно' Ыокуляци у фазу цвтння, що суттево впливае на азотний метаболiзм в рослинi.
Роботами останых рокiв встановлено, що застосування антипберелЫових препаратiв може призводити до переорiентацiУ потокiв асимiлятiв у рослин (Rogach and Rogach, 2015; Kuryata and Kravets, 2018). Такий характер змЫ донорно - акцепторних вiдносин визначаеться тим, що вщбуваеться гальмування дiяльностi меристем вегетативних органiв рослин i появою нових акцепторних центрiв. Так, за дм ретардантiв уповiльнення лЫмного росту рослин супроводжувалося бiльш Ытенсивним галуженням, закладкою бiльшоí кiлькостi квтв i плодiв (генеративних органiв), зростанням урожайносл (Altintas, 2011;. Pavlista, 2013 ). Нами встановлено, що аналопчний вплив здмснювали ретарданти i на рослини соУ. 1х дiя на фон бактеризацií насiння штамами Bradyrhizobium japonicum призводила до закладки бшьшоУ кшькосп бобiв та зростання продуктивное^ культури (табл. 4). При цьому отриманi результати свiдчать, що обробка препаратами практично не впливала на вмiст олГГ в насiннi, та зумовлювала зростання загального азоту .
Таблиця 4. Структура урожаю соУ сорту Подiльська 1 за Ыокуляци штамом М8 Bradyrhizobium japonicum та обробки паклобутразолом._
Варiант Кшьюсть 6o6iB на Маса наання Маса 1000 Bmîct ол iï, % Азот, %
рослин^ шт на рослин^ г наанин, г
Контроль(без обробки) 12,4 ± 0,98 4,2 ± 0,33 155,3 ± 1,14 21,1 ± 1,76 4,11 ± 0,12
Штам М 8 16,2 ± 1,04* 6,2 ± 0,46* 172,3 ± 2,06* 22,1 ± 1,25 5,32 ± 0,10*
Штам М 8 + ПБ 22,6 ± 1,12* 9,1 ± 0,28* 180,2 ± 2,23* 22,6 ± 1,32 5,66 ± 0,17*
Примака: див. табл.1.
Обговорення
Застосування бактеризаци наання соУ високоефективним штамом М 8 Bradyrhizobium ]ароп1сит з наступною обробкою рослин антигiберелiновим препаратом паклобутразолом в перюд бутонiзацГl, призводило до суттевих анатомо -морфологiчних та фiзiологiчних змiн у функцiонуваннi донорно - акцепторной системи, оптимiзувало формування та функцюнування бобово - ризобiальних комплексiв. Оскiльки iнтенсивнiсть симбiотичноУ азотфксацп значною мiрою визначаеться забезпеченням процесу продуктами фотосинтезу, застосування ретарданту було ефективним саме тому, що призводило до зростання кшькосп листав та Ух сумарноУ площi на рослин в результат посиленого галуження стебла. Одночасно застосування паклобутразолу викликало формування бшьш потужноУ мезоструктури листкiв внаслщок посиленого розвитку основноУ фотосинтезуючоУ тканини - хлоренхiми, що призводило до зростання чистоУ продуктивностi фотосинтезу одиниц площi листкiв. Отже, застосування паклобутразолу зумовлювало формування бiльш розвиненоУ донорноУ сфери рослини, що забезпечувало асимшятами як процеси симбютичноУ асимiляцiУ, так i процеси карпогенезу (формування i розвиток плодiв та насiння). Отриман результати дослiдження свiдчать про посилення утворення бобово - ризобiальних комплекав: за дГУ ретарданту зростала кшьюсть i маса бульбочок на коренях Ыокульованих рослин. Аналiз азотфксувальноУ активносл бульбочок свiдчить, що за дм паклобутразолу нiтрогеназна активнiсть бобово - рiзобiальних комплексiв достовiрно зростала, що, очевидно, теж пояснюеться бiльш Ытенсивним надходженням до них асимiлятiв внаслщок посилення фотосинтетичноУ продуктивностi рослини. Отже, бобово - рiзобiальнi комплекси, наряду з генеративними органами, виступають додатковими атрагувальними центрами перерозподшу продуктiв фотосинтезу. Важливим для формування продуктивностi рослин е той факт, що посилене забезпечення асимшятами процеав симбютичноУ азотфксацп призводило також до змiщення пку активностi нiтрогенази на бiльш тзнм етап онтогенезу - фазу зеленого бобу. ^м фiксацiУ вiльного азоту завдяки ытрогеназнм активностi бульбочок, частину азоту рослини споживають iз фунту у виглядi нiтратноУ форми, яка е домЫуючою серед зв'язаних форм азоту. Аналiз отриманих результатiв свщчить, що застосування паклобутразолу на фон бактеризаци насiння соУ штамом М 8 Bradyrhizobium japonicum забезпечуе зростання активносл ытратредуктази як у коренях, так i в листках рослин соУ. Пк активносл ытратредуктази при сумкному використаннi штаму i ретарданту припадав на фазу цвтння. Таким чином, застосування паклобутразолу на фон бактеризаци наання соУ штамом М8
npM3B0flMTb go cyrreBoro 3pocraHHH HiTpaTpe,qyKTa3Hoi aKTi/iBHocri ak y ni/icTKy, TaK i b KopeHnx npoTii KoHTponw (cnoHTaHHoi ¡HoKynfl^i), ^o cyTTeBo noci/inwe a3oTHMM MeTa6oni3M pocni/iHi/i. OTxe, KoMnneKcHe 3acrocyBaHHfl peTapgaHTy naKno6yTpa3ony i 6aKTepi/i3a^i HaciHHA coi mrraMoM M8 Bradyrhizobium japonicum npM3BogMno go nocwneHoro ranyxeHHA cre6na i 3aKnagKM 6mbwoi KrnbKocri 6o6iB, 3pocraHHH npogyKTMBHocTi pocnMHM BHacnigoK ^opMyBaHHH 6mbw noTyxHoro ^oTocMHTeTMMHoro anapaTy Ta noKpa^eHHH a3oTHoro o6MiHy pocnMH.
BUCHOBKU
3acrocyBaHHH naKno6ypa3ony y $a3y 6yтoн¡зaцíí pocnMH coi Ha nepeflnodBHoi 6aKTepi/i3a^i HaciHHA Bi/icoKoe$eKTi/iBHi/iM mTaMoM M 8 Bradyrhizobium japonicum npi/BBogi/iTb go KopeK^i ,qoHopHo-a^enTopHi/ix BigHocMH b pocnMHi, cnpi/we ^opMyBaHHW 6inbm noTyxHoi goHopHoi c$epi/i, nocwneHoMy ^opMyBaHHW coeBo-pi/i3o6ianbHi/ix KoMnneKciB Ta nigBM^eHHW ix a3oT$iKcyBanbHoi aKTMBHocTi. BHacnigoK noci/ineHoro ranyxeHHA cTe6na i 3aKnagaHHn 6mbwoi KinbKocTi KBiTiB i 6o6iB, ^opMyBaHHn noTyxHimoi nwcTKoBoi noBepxHi Ta 3pocraHHfl ^otocmHTeTi/mHoi aKTMBHocri ogi/iH^i rrno^i nwcTKa, noKpa^eHHH a3oTHoro xi/iBneHHH nepe3 onTi/iMBa^K> HiTporeHa3Hoi Ta HiTpaTpeflyKTa3Hoi aKTMBHocTi, cninbHe 3acrocyBaHHfl ¡HoKynfl^i HaciHHA 6ynb6oMKoBMMM 6aKTepinMM Ta naKno6yrpa3ony npi/BBogi/iTb go nigBM^eHHn npogyKTMBHocTi KynbTypw 6e3 cyrreBi/ix 3MiH BMicTy onii b HaciHHi Ta cnpwnno HaKonMMeHHW a3oTy b HboMy.
References
Adb El-Aal, M.M.M, Rania, S.M.E. (2017). Optimizing Growth, Seed Yield and Quality of Soybean (Glycine max. L.) Plant Using Growth Substances. Asian Research Journal of Agriculture, 6 (3), 1-19. doi: 109734/ARJA/2017/36034
Altintas, S. (2011). Effects of chlormequat chloride and different rates of prohexadione-calcium on seedling growth, flowering, fruit development and yield of tomato. African Journal of Biotechnology, 10 (75), 17160-17169. doi: 10.5897/AJB11.2706. AOAC (2010). Official Methods of Analysis of Association of Analytical Chemist International (18-th ed.). Rev. 3. 2010. Association of Analytical Chemist. Gaithersburg, Maryland, USA.
Bonelli, L.E., Monzon, J.P., Cerrudo, A., Rizzalli, R.H., Andrade, F.H. (2016). Maize grain yield components and source-sink relationship as affected by the delay in sowing date. Field Crops Research, 198, 215-225. doi:10.1016/j.fcr.2016.09.003. Carvalho, M.E.A., Castro, C.P.R., Castro, F.M.V., Mendes, A.C.C. (2016). Are plant growth retardants a strategy to decrease lodging and increase yield of sunflower. Comunicata Scientiae, 7(1), 154-164.doi: 10.14295/CS.v7i1.1286. Hedden, P., Thomas, S. G. (2016). The Gibberellins. John Wiley & Sons. doi:10.1002/9781119210436
Kasem, M. M., Abd El-Baset, M.M. (2015). Studding the Influence of Some Growth Retardants as a Chemical Mower on Ryegrass (Lolium perenne L.). Journal of Plant Sciences, 3(5), 255-258. doi: 10.11648/j.jps.20150305.12
Koshilyaev, V.V., Kudin, S.M., Koshelyaeva, I.P. (2017). Primenenie regulyatorov rosta pri vozdelovanii ozimoy pshenitsyi v usloviyah Lesostepi Srednego Povolzhya. Izvestiya Samarskoy gosudarstvennoy s/h-y akademii, 1, 6-10. doi: 10.12737/24513 (in Russian)
Kots, S.Y., Morgun, V.V, Patyika, V.F. (2011). Biologicheskaya fiksatsiya azota: bobovo-rizobialnyiy simbioz: monografiya: t.1. Logos, 523. (in Russian)
Koutroubas, S.D., Damalas, C.A. (2016). Morpho-physiological responses of sunflower to foliar applications of
chlormequatchloride (CCC). Bioscience Journal, 32 (6). 1493-1501. doi: 10.14393/BJ-v32n6a2016-33007.
Kumar, S., Sreenivas, G., Satyanarayana, J., Guha, A. (2012). Paclobutrazol treatment as a potential strategy for higher seed and
oil yield in field-grown Camelina sativa L. Crantz. BSK Research Notes 5(1). 1-13. doi: 10.1186/1756-0500-5-137
Kumar, T., Samaiya, R.K., Singh, Y., Dwivedi, S.K., Meena, K.C. (2016). Effect of foliar application of plant growth retardants on
growth, yeld and yeld attributing parameters of soybean (Glycine max L.) Merrill International Journal of Agriculture Scinces, 8
(50). 2158-2162
Kuryata,V.G., Poprotska, I.V., Rogach, T.I. (2017). The impact of growth stimulators and retardants on the utilization of reserve lipids by sunflower seedlings. Regul. Mech. Biosyst., 8 (3), 317-322. doi: 10.15421/021750
Kuryata, V.G., Kravets, O.O. (2018). Features of morphogenesis, accumulation and redistribution of assimilate and nitrogen containing compounds in tomatoes under retardants treatment. Ukrainian Journal of Ecology, 8 (1), 356-362. DOI: http://dx.doi.org/10.15421 /2018 222
Kuryata, V.G., Polyvanyi, S.V. (2018). Formation and functioning of source-sink relation system of oil poppy plants under treptolem treatment in connection with productivity of crop. Ukrainian Journal of Ecology, 8(1), 11-20. DOI: http://dx.doi.org/10.15421 /2018 182
Kuryata, V.G., Khodanitska, O.O. (2018). Features of anatomical structure, formation and functioning of leaf apparatus and productivity of linseed under chlormequatchloride treatment.Ukrainian Journal of Ecology, 8 (1), 918-926. DOI: http://dx.doi.org/1015421/2018 294
Lee, H.-I., Lee, J.-H., Park, K.-H., Sangurdekar, D., Chang, W.-S. (2012). Effect of Soybean Coumestrol on Bradyrhizobium japonicum Nodulation Ability, Biofilm Formation, and Transcription Profile. Appl Environ Microbiol. Apr., 78 (8), 2896-2903.doi: 10.1128/AEM.07336-11
Leonova, N.O. (2015) Sintez auksiniv ta tsitokininiv Bradyrhizobium japonicum za diyi flavonoyidiv. Mikrobiol. zhurnal. 77 (5). 95-103 (in Ukrainian).
Li, N., Li, J.M., Zhai, Z., Li, Z.H., Duan, L.S. (2010) Effects of chemical regulator on the lodging resistance traits, agricultural characters and yield of maize. J. Maize Sci, 18, 38-42. doi: 10.13597/j.cnki.maize.science.2010.06.015
Macedo, W.R., Araujo, D.K., Santos, V.M., Camargo, G.M., Castroand, P.R. (2017). Plant growth regulators on sweet sorghum: physiological and nutritional value analysis. Comunicata Scientiae, 8 (1), 170-175. doi: 10.14295/CS.v8i1.1315 Matsoukis, A., Gasparatos, D., Chronopoulou-Sereli, A. (2015). Mepiquat chloride and shading effects on specific leaf area and K, P, Ca, Fe and Mn content of Lantana camara L. Emirates Journal of Food and Agriculture, 27 (1), 121-125. doi:10.9755/ejfa.v27i1.17450
Mo, Z.W., Pan, S.G., Kanu, A.S., Li, W., Duan, M.Y., Tang, X.R. (2016). Exogenous application of plant growth regulators induce chilling tolerance in direct seeded super and non-super rice seedlings through modulations in morpho-physiological attributes. Cereal Research Communications, 44 (3), 524-534. doi: 10.1556/0806.44.2016.010
Nonokava, K., Kokubum, M., Nacajima, T., Nakamyra, T., Yoshida, R. (2007) Roles of Auxin and Cytokinin in Soybean Pod Setting. Plant Production Science. 10 (2), 199-206, doi: 10.1626/pps.10.199
Pavlista, A.D. (2013). Influence of foliar-applied growth retardants on russet burbank potato tuber production. Am. J. Potato, 90, 395-401. doi: 10.1007/s12230-013-9307-2
Peng, D., Chen, X., Yin, Y., Lu, K., Yang, W., Tang, Y., Wang, Z. (2014). Lodging resistance of winter wheat (Triticum aestivum L.): Lignin accumulation and its related enzymes activities due to the application of paclobutrazol or gibberellin acid. F. Crop Res, (157), 1-7. doi:10.1016/j.fcr.2013.11.015
Pobudkiewicz, A. (2014). Influence of growth retardant on growth and development of Euphorbia pulcherrima Willd. ex Klotzsch. Acta Agrobotanica, 67(3), 65-74. doi: 10.5586/aa.2014.030
Poprotska, I.V., Kuryata, V.G. (2017). Features of gas exchange and use of reserve substances in pumpkin seedlings in conditions of skoto- and photomorphogenesis under the influence of gibberellin and chlormequat-chloride. Regulatory mechanisms in biosystems, 8 (1), 71 -76. doi.org/10.15421/021713
Rademacher, W. (2016). Chemical regulators of gibberellin status and their application in plant production. Annual Plant Reviews, 49, 359-403. doi: 10.1002/9781119312994.apr0541
Rogach, V.V., Rogach, T.I. (2015). Vplyv syntetychnyh stymulyatoriv rostu na morfofiziologichni harakterystyky ta biologichnu produktyvnist' kul'tury kartopli. Visn. Dnipropetr. Univ. Ser. Biol. Ekol., 23(2), 221-224 (in Ukrainian). doi:10.15421/011532 Rogach, V.V., Poprotska, I.V., Kuryata, V.G. (2016). Diya giberelinu ta retardantiv na morfogenez, fotosyntetychnyj aparat i produktyvnist' kartopli. Visn. Dnipropetr. Univ. Ser. Biol. Ekol., 24(2), 416-419. doi:10.15421/011656 (in Ukrainian). Sharifa, S.A.-M. (2015). Effects of paclobutrazol on growth and physiological attributes of Soybean (Glycine max) plants growth under water stress conditions. International Journal of Advanced Research in Biological Science. 2 (7):2015:81-93. Sang-Kuk, K., Hak-Yoon, K. (2014). Effects of Gibberellin Biosynthetic Inhibitors on Oil, Secoisolaresonolodiglucoside, Seed Yield and Endogenous Gibberellin Content in Flax. Korean lournal of Plant Resources , 27 (3), 229-235. doi: 10.7732/kjpr.2014.27.3.229
Souza, L., Espindula, M.C., Rocha, V.S., Fernandes, S.D., D.C., Souza, M.A. (2010). Growth retardants in wheat and its effect in
physiological quality of seeds. Cienc. Rural., 40 (6), 1431 - 1434. doi: 10.1590/S0103-84782010000600031
Sousa, L.G.M., Pereira, M.C.T., Oliveira, M.B., Nietsche, S., Mizobutsi, G.P., Filho, W.M. (2016). Floral induction management in
'Palmer' mango using uniconazole. Ciencia Rural, 46 (8), 1350-1356. doi: 10.1590/0103-8478cr20150940.
Wang, Y., Gu, W., Xie, T., Li, L., Sun, Y., Zhang, H., Li, J., Wei, S. (2016). Mixed Compound of DCPTA and CCC increases maize
yield by improving plant morphology and upregulating photosynthetic capacity and antioxidants. PLOS ONE 11(2):e0149404.
doi:10.1371 /journal.pone.0149404
Yan, Y., Wan, Y., Liu, W., Wang, X., Yong, T., Yang, W. (2015). Influence of seed treatment with uniconazole powder on soybean growth, photosynthesis, dry matter accumulation after flowering and yield in relay strip intercropping system. Plant Production Science, 18 (3), 295-301. doi.org/10.1626/pps.18.295.
Yan, W., Yanhong, Y., Wenyu, Y., Taiwen, Y., Weiguo, L., Xiaochun, W. (2013). Responses of root growth and nitrogen transfer metabolism to uniconazole, a growth retardant, during the seedling stage of soybean under relay strip. Communications in Soil Science and Plant Analysis Intercropping System, 44(22), 3267-3280. doi: 10.1080/00103624.2013.840838. Yan, Y., Wan, Y., Liu, W., Yong, X. W., Yang, W., Zhao, L. (2015). Influence of Seed Treatment with Uniconazole Powder on Soybean Growth, Photosynthesis, Dry Mater Accumulation after Flowering and Yield in Relay Strip Intercropping System. Plant production Science. 18 (3), 295-301. DOI: 10.1626/pps.18.295
Yu, S.M., Lo, S.F., Ho, T.D. (2015). Source-Sink Communication: Regulated by Hormone, Nutrient, and Stress Cross-Signaling. Trends in plant science, 20 (12), 844-857. doi: 10.1016/j.tplants. 2015.10.009
Zhang, F., Pan, B., Smith, D.L., (1997). Application of gibberellic acid to the surface of soybean seed (Glycine max (L.) Merr.) and symbiotic nodulation, plant development, final grain and protein yield under short season conditions. Plant and Soil, 188, 329335.
Zhang, W., Xu, F., Hua, C., Cheng, S. (2013). Effect of chlorocholine chloride on chlorophyll, photosynthesis, soluble sugar and flavonoids of Ginkgo biloba. Not Bot Horti Agrobo, 41 (1), 97-103. doi: 10.15835/nbha4118294.
Citation: Kuryata, V.G., Golunova, L.A. (2018). Peculiarities of the formation and functioning of soybean-rhizobial complexes and the productivity of soybean culture under the Influence of retardant of paclobutrazol. Ukrainian Journal of Ecology, 8(3), 98-105. I ("Ol^^^^MlThk work Is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0. License
