CC BY
21УДК 579.22+579.81:633.11
Дидович С.В.1, кандидат сельскохозяйственных наук
E-mail: [email protected] Ивашов А.В.2, доктор биологических наук, профессор E-mail: [email protected] Коваленко М.С. 2, студент 2-го курса магистратуры E-mail: mariya kovalenko [email protected] Раздолькина О.В. 2, студент 4-го курса E-mail: [email protected] ФГБУН «НИИСХ Крыма» 1 Таврическая академия ФГФОУ ВО «КФУ им. В.И. Вернадского»2, Россия, г. Симферополь Didovich S.V., Candidate of Agricultural Sciences FSBSI «Research Institute of Agriculture of Crimea», Ivashov A.V., Doctor of Biological Sciences, Professor Kovalenko M.S., second-year master student Razdolkina O.V., fourth-year student Taurida Academy of V.I. Vernadsky Crimean Federal University, Russia, Simferopol
ПОТЕНЦИАЛ РАСТИТЕЛЬНО-МИКРОБНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ «ЦИАНОБАКТЕРИИ - TRITICUM AESTIVUM L.»
(The potential of plant-microbial interaction «Cyanobacteria - Triticum aestivum L.»)
Установлены функциональные связи в системе «физиолого-биохимический потенциал штаммов циа-нобактерий - продуктивность ТгШсит ав'Нуит L.», интенсивность которых зависела от цианобактери-ального штамма и его препаративной формы. Выявлены перспективные для биотехнологии микробных препаратов стимулирующего действия штаммы циа-нобактерий. Показано, что бактеризация гомогенизированной препаративной формой на основе штамма Ыо'О 8ркаего1йе8 4 достоверно повышала всхожесть семян на 11,0%, бактеризация штаммом Ыо^'О ШсШа 144 увеличивала всхожесть семян ТгШсит ав'Нуит L. на 22,2% по сравнению с контролем.
Ключевые слова: цианобактерии, растительно-микробное взаимодействие, ТгШсит ав'Нуит L., потенциал.
Цианобактерии представляют собой сложно организованную группу фототрофных бактерий, обладающих уникальной морфологией и физиологией, широкой экологической валентностью и пластичностью [1]. В настоящее время их активно используют для решения различных биотехнологических задач. Благодаря способности преобразовывать питательные вещества (минеральные удобрения) в легкоусвояемую для растений форму на основе почвенных циа-нобактерий разрабатываются биоудобрения для питания растений. Показано, что азотфиксирующие цианобактерии обладают фитостимулирующей активностью по отношению к рису [9, P. 379-388; 10, P. 3744], пшенице [5, P. 145-166], томату [3, P. 191] и бобовым культурам [6, С. 58-66]. Многолетними экспериментами было установлено, что применение цианобактерий способствовало максимальной реализации потенциала растительно-микробного взаимодействия в агроценозах, повышая биологическую активность в почве, урожайность зернобобовых куль-
Functional relationships in the system «physiological and biochemical potential of cyanobacteria strains -Triticum aestivum L. productivity» were established. Their intensity depended on the cyanobacterial strain and its preparative form. Promising strains of cyanobacteria were identified for biotechnology of microbial stimulant preparations. It was shown that bacterization of homoge-nate on base of the Nostoc sphaeroides 4 strain by increased seed germination by 11,0%, bacterization by Nostoc linckia 144 strain increased seed germination Triticum aestivum L. by 22,2% in comparison with the control.
Keywords: cyanobacteria, plant-microbial interaction,
Triticum aestivum L., potential.
тур, улучшая качество зерна [2, С.102-106]. Кроме того, цианобактерии могут быть использованы для обработки почвы и семян против фитопатогенных грибов, вызывающих корневые заболевания растений [8, P. 379-388].
Цель исследования была направлена на изучение потенциала взаимодействия «цианобактерии -Triticum aestivum L.», поиск функциональных связей в системе «физиолого-биохимический потенциал штаммов цианобактерий и продуктивность бактеризованных растений Triticum aestivum L.».
Материалы и методы исследований
В исследовании использовали штаммы почвенных цианобактерий из Крымской коллекции микроорганизмов НИИСХ Крыма (http://www.ckp-rf.ru/usu/ 507484/) и Альгологической коллекции ИФХиБПП РАН (http://acssi.org): Nostoc sphaeroides 4, Nostoc linckia 144 и Nostoc calcicola 82. Культивирование
цианобактериальных штаммов для получения из них накопительных культур проводили в течение месяца на среде Громова в климатокамере при температурах +23-25°С с плотностью фотосинтетического фотонного потока PPFD (ФАР) - 115 мкмоль/м2/сек и энергетической освещённостью (ФАР) - 24,5 Вт/м2 с четырьмя зонами спектра: синим (400-500 нм), зелёным (500-600 нм), красным (600-700 нм), инфракрасным (700-780 нм), фотопериод составлял 12 ч. Перед бактеризацией растений определяли физиоло-го-биохимические параметры штаммов: биомассу клеток по абсолютно сухой массе (а.с.м.) мг/мл среды гравиметрическим методом на аналитических весах PA Pioneer; рН измеряли на рН-метре Mettler Toledo Seven 2 Go; ферментативную активность оксидоре-дуктаз (каталаз, пероксидаз, полифенолоксидаз) и содержание антиоксидантов (аскорбиновой кислоты и глутатиона) в биомассе штаммов выявляли согласно общепринятым биохимическим методам исследования растений и почв [4, 320 с.; 7, 464 c.].
Растения Triticum aestivum L. выращивали в сосудах с перфорированным дном, объемом 200 мл на черноземе южном в условиях климатокамеры в течение трех недель, фотопериод составлял 12 ч. Предпосевную бактеризацию семян проводили суспензией цианобактерий или их препаративной гомогенизированной формой. Инокуляционная нагрузка составляла 0,1x10-3 абсолютно сухой массы клеток мг/мл/семя. Контролем служила дистиллированная вода. Гомогенизированную цианобактериальную препаративную форму получали путем перемешивания дисперсных систем с жидкой средой быстро вращающимся ротором гомогенизатора. Контрольный и опытные варианты проводили в четырехкратной повторности. Статистическую обработку данных, в том числе вычисление значений коэффициентов корреляции Пирсона, проводили с использованием компьютерной программы Statistica-10.
Результаты исследований и их обсуждение
Анализ полученных данных показал высокую функциональную зависимость всхожести семян и биомассы растений с физиолого-биохимическими
параметрами цианобактериальных штаммов и их гомогенизированных препаративных форм.
При бактеризации растений штаммами циа-нобактерий установлены сильные положительные связи между всхожестью семян и биомассой клеток штаммов (г=0,91, p<0,05), содержанием в них глута-тиона (г=0,83, p<0,05). В то же время, накопление биомассы растений достоверно отрицательно коррелировало с содержанием аскорбиновой кислоты и ферментативной активностью пероксидаз в культу-ральной среде (г=-0,95 и -0,89, p<0,05).
При бактеризации растений гомогенатами на основе штаммов цианобактерий выявлены статистически значимые ф<0,05) значения коэффициентов корреляции между всхожестью семян и содержанием в них аскорбиновой кислоты (г=0,98, p<0,05), также как и с биомассой клеток штаммов (г=0,99, p<0,05), рН культуральной среды (г=0,99, p<0,05). Установлена достоверная положительная связь между накоплением биомассы растений и содержанием в них глута-тиона (г=0,98, p<0,05), в то время как накопление биомассы обратно коррелировало с ферментативной активностью пероксидаз цианобактериальных культур (г=-0,97, p<0,05).
Таким образом, установленные достоверные связи между целым рядом показателей исследуемого растения и показателями культуральных сред с цианобактериями позволяют утверждать, что использованные штаммы имеют мощный физиолого-биохимический потенциал, который весьма перспективен в плане повышения урожайности ТгШсыт аев-Ишт L.
Результаты эксперимента указывают на перспективность использования цианобактерий для разработки микробных препаратов стимулирующего действия. Бактеризация растений штаммом Ыо$1ос ИпсЫа 144 и гомогенатом штамма Ыо'О 8ркаето1йе8 4 достоверно повысила всхожесть семян пшеницы соответственно на 22,2 и 11,0% ф<0,05), однако высота и фитомасса растений оставалась на уровне контроля (в пределах ошибки опыта) (таблица). Необходимо отметить, что существенного влияния на фито-массу и высоту трехнедельных бактеризованных растений ТгШспш ае^Нуиш L. не выявлено.
Таблица - Показатели эффективности бактеризации растений Triticum aestivum Ьлптаччачи цианобактерий и их гомогенатами
Вариант опыта Всхожесть, % X ± SE Высота растений, см X ± SE Биомасса растений, г X ± SE
Контроль (вода) 60,00±0,10 23,90±2,98 0,44±0,03
Nostoc sphaeroides 4 60,00±0,10 23,90±5,27 0,43±0,06
Nostoc calcicola 82 40,00±0,05 24,10±2,26 0,46±0,05
Nostoc linckia 144 73,30±0,10 24,60±4,45 0,42±0,04
Nostoc sphaeroides 4 (g) 66,60±0,10 23,48±1,77 0,41±0,04
Nostoc calcicola 82 (g) 60,00±0,10 21,31±3,65 0,41±0,04
Nostoc linckia 144 (g) 60,00±0,10 22,80±2,98 0,48±0,03
Примечание: (g) - гомогенизированная препаративная форма.
Установлено, что обработка штаммом Nostoc саШтШ 82 существенно снизила всхожесть семян -на 50% (р < 0,05). Это указывает на перспективность данного штамма для биотехнологии препаратов ин-гибирующего / гербицидного действия. Необходимо продолжение исследования в направлении изучения влияния бактеризации штаммом Nostoc саШтШ 82 на ингибирование сорных растений.
Выводы
В результате проведенного исследования установлены достоверные корреляционные связи между рядом физиолого-биохимических параметров (био-
массы клеток и рН культуральной среды; перокси-дазной активности; содержания антиоксидантов: глу-татиона и аскорбиновой кислоты) трех штаммов циа-нобактерий и всхожестью семян, а также продуктивностью бактеризованных ими растений Triticum aвstiуum L.
Показано, что бактеризация штаммом Nostoc \inckia 144 и гомогенатом штамма Nostoc sphaвroidвs 4 достоверно повышала всхожесть семян на 22,2 и 11,0%.
Исследование выполнено при финансовой поддержке гранта РФФИ №18-016-00184 «А» и Госзадания №0834-2015-0001.
Литература
1. Дидович С.В., Москаленко С.В., Темралеева
A.Д., Хапчаева С.А Биотехнологический потенциал почвенных цианобактерий (обзор) // Вопросы современной альгологии, 2017. № 2 (14). / [Электронный ресурс]. - Режим доступа: URL: https://elibrary.ru/item.asp?id= 32274686 (дата обращения: 06 марта 2019).
2. Дидович С.В. Аналитическое моделирование
продуктивности агроценозов бобовых культур // Современные проблемы сохранения плодородия черноземов: материалы международной научно-практической конференции, посвященной 170-летию В.В. Докучаева. Воронеж: ФГБОУ ВО Воронежский ГАУ, 2016. С.102-106.
3. Al-Khiat S.H. Effect of cyanobacteria as a soil con-
ditioner and biofertilizer on growth and Some biochemical characteristics of tomato (Lycoper-sicon esculentum L.) seedlings // Tesis de M. Sc., Dept. Botany and Microbiology, King Saud Univ., Arabia Saudita. 2006. P. 191.
4. Грицаенко З. М., Грицаенко А.О., Карпенко
B.П. Методи бюлопчних та агрохiмiчних до-слвджень рослин и грунпв. К.: Шчлава, 2003. 320 с.
5. Prasanna R., Sood A., Ratha S.K., Singh P.K. Cy-
anobacteria as a "green" option for sustainable
agriculture // Naveen K. Sharma, Ashwani K. Rai and Lucas J. Sta (eds.). Cyanobacteria: an economic perspective. l., 2014. Ch. 9. P. 145166.
6. Дiдович С.В., Мальцева 1.А. Ефективнють за-
стосування альгоризобiального консорщуму при вирощуванш бобових рослин // Биологический вестник Мелитопольского государственного педагогического университета им. Боглана Хмельницкого, 2012. Т. 2. № 2. С. 58-66.
7. Експериментальна грунтова мгкробюлопл / шд
ред. В.В. Волкогона. К.: Аграрна наука, 2010. 464 с.
8. El-Mougy N. S., Abdel-Kader M.M. Effect of
Commercial Cyanobacteria Products on the Growth and Antagonistic Ability of Some Bioagents under Laboratory Conditions // Journal of Pathogens, 2013. V. 2013. P. 1-11.
9. Kaushik B.D. Developments in Cyanobacterial Bio-
fertilizer // Proc. Indian. Natn. Sci. Acad., 2014. V. 80, no 2. P. 379-388.
10. Singh H., Khattar J.S., Ahluwalia A.S. Cyanobac-
teria and agricultural crops // Vegetos-An International Journal of Plant Research, 2014. V. 27. iss. 1. P. 37-44.
Поступила в редакцию: 14.03.2019 г.
Дидович Светлана Витальевна, кандидат сельскохозяйственных наук, ведущий научный сотрудник, заместитель директора по научно-инновационной работе ФГБУН «НИИСХ Крыма», Россия, г. Симферополь, ул. Киевская 150, е-таЛ; [email protected]
Ивашов Анатолий Васильевич, доктор биологических наук, профессор кафедры экологии и зоологии Таврической академии ФГФОУ ВО «КФУ им. В.И. Вернадского», Россия, г. Симферополь, проспект Академика Вернадского, 4, е-таП: [email protected]
Коваленко Мария Сергеевна, студент 2-го курса магистратуры Таврической академии ФГФОУ ВО «КФУ им. В.И. Вернадского», Россия, г. Симферополь, проспект Академика Вернадского, 4, е-mail: mariva kovalenko [email protected]
Раздолькина Ольга Владимировна, студент 4-го курса Таврической академии ФГФОУ ВО «КФУ им. В.И. Вернадского», Россия, г. Симферополь, проспект Академика Вернадского, 4, е-mail: [email protected]
