Ростостимулирующий эффект культуральной жидкости почвенных микроводорослей на растения мягкой пшеницы Текст научной статьи по специальности «Биологические науки»

ISSN 1998-4812

Вестник Башкирского университета. 2014. Т. 19. №4

1193

УДК 631.811.982

РОСТОСТИМУЛИРУЮЩИИ ЭФФЕКТ КУЛЬТУРАЛЬНОИ ЖИДКОСТИ ПОЧВЕННЫХ МИКРОВОДОРОСЛЕЙ НА РАСТЕНИЯ МЯГКОЙ ПШЕНИЦЫ

© А. С. Мельников1*, Д. Р. Масленникова2, М. В. Безрукова2

1Башкирский государственный педагогический университет им. М. Акмуллы Россия, Республика Башкортостан, 450000 г. Уфа, ул. Октябрьской революции, 3а.

2Институт биохимии и генетики Уфимского Научного Центра РАН Россия, Республика Башкортостан, 450054 г. Уфа, пр. Октября, 71.

Тел./факс: +7 (34 7) 273 02 90.

*Email: melnikus@yandex.ru

Работа посвящена анализу влияния культуральной жидкости почвенных водорослей трех видов: Klebsormidium flaccidum (Kutz) Silva et all., Trichormus variabilis (Kutz), Eustigmatos magnus (B. Petersen) Hibberd на рост проростков мягкой пшеницы. Выявлено, что наибольшую эффективность в стимуляции ростовых процессов растений проявила культуральная жидкость K. flaccidum, вероятно, обусловленная преимущественным накоплением в ней ауксина и гормонов цитокининовой природы.

Ключевые слова: Пшеница, почвенные водоросли, культуральная жидкость, стимуляция роста, цитокинины, ауксины, абсцизовая кислота.

Введение

Почвенные водоросли представляют большой общебиологический интерес как организмы необыкновенной выносливости и устойчивости к крайним условиям существования. Количество водорослей в почве различно в зависимости от условий среды [1].

Эта группа организмов обладает большим разнообразием морфологии, анатомии, онтогенеза, географии и экологии. В связи с этим водоросли являются перспективными объектами для проведения разноплановых научных исследований в области физиологии, биохимии, биофизики, генетики, космической биологии и т.д. [2].

В почве складываются определенные взаимодействия между водорослями и корнями растений. Известны факты стимулирующего влияния водорослей на рост корней посредством выделения в окружающую среду биологически активных веществ. Однако этот вопрос мало изучен [1]. Эксперименты доказали, что при добавлении определенного количества биомассы почвенных микроводорослей к растениям, наблюдался эффект ростсти-муляции [3].

Цель настоящей работы состояла в изучении ростстимулирующего потенциала культуральной жидкости трех наиболее распространенных в РБ видов почвенных водорослей, а именно, Klebsor-midium flaccidum (Kutz) Silva et all, Trichormus variabilis (Kutz), Eustigmatos magnus (B. Petersen) Hib-berd, на растения мягкой пшеницы.

Материалы и методы

В эксперименте использовали виды почвенных водорослей K. flaccidum, T. Variabilis, E. magnus, относящиеся к трем разным отделам: Chlorophyta, Cy-anoprocariota, Eustigmatophyta, соответственно. Водоросли культивировали в лабораторных условиях при естественной освещенности и температуре 2022 °С в жидкой питательной среде BBM [4].

Определение количества клеток проводили с помощью камеры Горяева по стандартной методике

[5]. Семена Triticum aestivum L. сорта Салават Юлаев после стерилизации 96% этанолом подвергали обработке культуральной жидкостью в течение 3-х ч. В качестве контроля использовали среду BBM. После этого семена в количестве 50 шт. помещали в чашки Петри на раствор 25 мкМ CaCb. Через сутки наклюнувшиеся семена переносили в стаканы с раствором CaCl2. Рост проростков оценивали на четвертые сутки, о котором судили по всхожести семян, энергии прорастания, линейным размерам корней и побегов, а также их сырой и сухой массе. Концентрацию ин-долилуксусной (ИУК) и абсцизовой (АБК) кислот и цитокининов определяли методом иммунофермент-ного анализа в одной и той же пробе культуральной жидкости согласно [6].

Все опыты проводили в двух биологических повторностях, в таблице представлены данные средних арифметических и стандартные ошибки средних двух независимых опытов.

Результаты и обсуждения

Отбор культуральной жидкости проводили на 3, 7 и 10-е сутки роста водорослей. Выбор этих временных точек основан на том, что рост водорослей достигал стационарной фазы на 10-е сутки (рис. 1). Для оценки влияния культуральной жидкости трех видов почвенных микроводорослей на ростовые процессы пшеницы проведен анализ всхожести и энергии прорастания семян, а также линейных размеров корней и побегов 4-х сут. проростков, результаты которого суммированы в табл. 1.

Данные, приведенные в табл. 1, четко демонстрируют ростостимулирующий эффект культураль-ной жидкости E. magnus и особенно ярко выраженный у K. flaccidum на исследуемые показатели роста проростков при всех временных сроках отбора. Вместе с тем, следует отметить, что наиболее значимые положительные изменения ростовых параметров растений вызвала культуральная жидкость, отобранная на 10-е сутки культивирования водорослей. В то же время культуральная жидкость T. variabilis при всех сроках отбора оказалась не эффективной в стимуляции роста пшеницы.

1194

БИОЛОГИЯ

Таблица 1

Влияние предпосевного замачивания культуральной жидкостью водорослей K. flaccidum, T. variabilis, E. magnus на раз_ных сроках культивирования на показатели ^ роста 4-суточных проростков мягкой пшеницы_

Время Энергия прорастания, сут. Длина, см Масса, мг

Вариант культиви- Всхожесть, Сырая Сухая

рования, сут. % к. н.ч. к н.ч к н.ч

Контроль 68 2.00

Культураль- 3 69 1.12

ная жидкость 7 68 1.06

K. flaccidum 10 84 1.00

Контроль 68 2.04

Культураль- 3 67 2.04

ная жидкость 7 69 2.05

T. variabilis 10 74 2.04

Контроль 68 2.08

Культураль- 3 69 1.55

ная жидкость 7 69 1.51

E. magnus 10 81 1.03

*к. - корень, н.ч. - наземная часть.

Так, десятисуточная культуральная жидкость Е. magnus увеличила всхожесть семян в среднем на 20 %, энергию прорастания на 49 %, длину корней на 11 %, длину наземной части растения на 7 %, массу корней и побегов на 8 %. Десятисуточная культуральная жидкость вида К. Аассгёит стимулировала всхожесть семян в среднем на 24 %, энергию прорастания на 50 %, длину корней на 29 %, длину наземной части растения на 14 %, массу корней и побегов на 9 %.

о

3 7 10 15

Время кул ьтивирования, сут.

Рис. 1. Зависимость концентрации клеток культуры водорослей от времени культивирования.

Основываясь на том, что ключевая роль в регуляции ростовых процессов растений отводится гормональной системе, можно было предположить, что проявление ростостимулирующего эффекта культуральной жидкости водорослей обусловлено наличием в ней фитогормонов, поскольку известно, что водоросли синтезируют фитогормоны разной природы, в том числе, ауксины, цитокинины, гиб-береллины, брассиностеролиды, задействованные в регуляции активации ростовых процессов [7].

Исходя из результатов, можно сделать предположение, что наибольшее количество фитогор-

6.279±0.78 8.058±0.16 38 44 3.32 5.43

7.711±0.17 8.949±0.12 40 47 3.67 5.38

7.986±0.19 9.039±0.14 41 47 3.78 5.41

8.085±0.09 9.179±0.14 41 48 3.71 5.84

7.009±0.22 8.070±0.13 40 46 3.70 5.50

7.013±0.21 8.097±0.13 34 26 3.40 5.40

7.076±0.21 7.896±0.14 33 42 3.30 5.10

7.578±0.19 8.016±0.13 38 46 3.70 5.40

7.302±0.18 7.665±0.13 37 45 3.50 5.2

7.769±0.21 7.871±0.14 41 47 3.70 5.6

7.434±0.15 8.056±0.12 40 47 3.70 5.6

8.149±0.10 8.206±0.18 43 49 3.90 5.7

монов, наряду с другими биологически активными веществами, в культуральную среду будет выделять K. flaccidum. В связи с этим нами был проведен анализ содержания ИУК, цитокининов, а также АБК в одной и той же пробе десятисуточной культуральной жидкости этой почвенной водоросли, оказавшей наибольший стимулирующий эффект на рост проростков пшеницы.

Измерение количества фитогормонов показало, что в культуральной жидкости K. flaccidum содержание ИУК составило 41 пг/мл, цитокининов -

0.3.пг/мл, АБК - 0.06 пг/мл. Полученные результаты дают основание к предположению о том, что проявление ростостимулирующего эффекта культу-ральной жидкости K. flaccidum на рост пшеницы может быть связано со способностью этого вида водоросли синтезировать и экскретировать в окружающую среду фитогормоны, в первую очередь, ИУК и цитокинины.

Результаты исследований говорят в пользу возможности использования препаратов на основе культуральной жидкости почвенных микроводорослей в сельском хозяйстве для стимуляции роста пшеницы и подобных культур.

ЛИТЕРАТУРА

1. Голлербах М. М., Штина Э. А., Почвенные водоросли, Л., 1969. 144 с.

2. Гайсина Л. А., Фазлутдинова А. И., Кабиров Р. Р. Современные методы выделения и культивирования водорослей: учебное пособие. Уфа: Изд-во БГПУ, 2008. 152 с.

3. Darina Jira'skova'. High-throughput screening technology for monitoring phytohormone production in microalgae // J. Phy-col. 2009. V. 45. P. 108-118.

4. Bold H. C. The cultivation of algae // Bot. Rev. 1942. V. 8. P. 69-138.

5. Горяев Н. К. К методике счисления белых кровяных телец // Казанский медицинский журнал 1919. №3. C. 40-45.

6. Shakirova F. M., Kildibekova A. R., Bezrukova M. V., Avalbaev A. M. Wheat germ agglutinin regulates cell division in wheat seedling roots // Plant Growth Regul. 2004. V. 42. P. 175-180.

7. Тараховская Е. Р., Маслов Ю. И., Шишова М. Ф. Фито-гормоны водорослей // Физиология растений 2007. Т. 54. №2. C. 186-193.

Поступила в редакцию 23.09.2014 г.

ISSN 1998-4812

BeciHHK EamKHpcKoro yHHBepcHTeTa. 2014. T. 19. №4

1195

GROWTH-PROMOTING EFFECT OF CULTURAL FLUID OF SOIL MICROALGAE ON PLANTS OF SOFT WHEAT

© A. S. Melnikov1*, D. R. Maslennikova2, M. V. Bezrukova2

1Bashkir State Pedagogical University named M.Akmulla 3a Oktyabrskoi Revolutsii St., 450000 Ufa, Republic of Bashkortostan, Russia.

2Institute of Biochemistry and Genetics, Ufa Scientific Centre, Russian Academy of Sciences 71 Oktyabrya Ave., 450054 Ufa, Republic of Bashkortostan, Russia.

Phone: +7 (34 7) 273 02 90.

*Email: melnikus@yandex.ru

The influence of the culture fluid of three types of soil algae on seedling growth of wheat is presented in the work. The following algae were studied: Klebsormidium flaccidum (Kutz) Silva et all., Trichormus variabilis (Kutz), Eustigmatos magnus (B. Petersen) Hibberd. Soil algae are of great interest as general biological objects having extraordinary endurance. There are facts stimulating effect on root growth of algae through the allocation to the environment of biologically active substances. Experiments showed that when adding a certain amount of biomass of microalgae to soil plants growth promoting effect was observed. We have considered the potential of the culture fluid of soil algae in the amplification of the growth processes of plants. Seedling growth was evaluated on the fourth day, which was judged from germination, germination energy, linear dimensions of roots and shoots, as well as the wet and dry weight. The concentration of indolylacetic (IAA) and abscisic (ABA) acids and cytokinins were determined by ELISA in the same sample liquid culture. Selection was performed on culture broth 3rd, 7th and 10th day the growth of algae. The choice of these time points is based on the fact that algae growth reached the stationary phase at the 10th day. Data from our experiment clearly showed growth stimulating effect of culture liquid K. flaccidum on the studied growth for all temporary timing selection. Based on the fact that the key role in the regulation of plant growth processes is given hormonal system, you can make the assumption that the largest number of plant hormones, along with other biologically active substances in the culture medium will allocate K. flaccidum. Therefore, we analyzed the content of these substances. The results of our research favor the possibility of using products based on the culture fluid of soil algae in agriculture to stimulate growth of wheat and similar crops.

Keywords: Wheat, soil algae, culture fluid, stimulation of growth, cytokinins, auxins, abscisic acid.

Published in Russian. Do not hesitate to contact us at bulletin_bsu@mail.ru if you need translation of the article.

REFERENCES

1. Gollerbakh M. M., Shtina E. A., Pochvennye vodorosli [Soil Algae]. Leningrad, 1969.

2. Gaisina L. A., Fazlutdinova A. I., Kabirov R. R. Sovremennye metody vydeleniya i kul'tivirovaniya vodoroslei: uchebnoe posobie [Modern Methods of Separation and Cultivation of Algae: Textbook]. Ufa: Izd-vo BGPU, 2008.

3. Jira'skova' D. J. Phycol. 2009. Vol. 45. Pp. 108-118.

4. Bold H. C. Bot. Rev. 1942. Vol. 8. Pp. 69-138.

5. Goryaev N. K. Kazanskii meditsinskii zhurnal 1919. No. 3. Pp. 40-45.

6. Shakirova F. M., Kildibekova A. R., Bezrukova M. V., Avalbaev A. M. Plant Growth Regul. 2004. Vol. 42. Pp. 175-180.

7. Tarakhovskaya E. R., Maslov Yu. I., Shishova M. F. Fiziologiya rastenii 2007. Vol. 54. No. 2. Pp. 186-193.

Received 23.09.2014.