Изучена реакция симбиотических систем сои, созданных контрастными по эффективности штаммами и Тn5-мутантами Bradyrhizobium japonicum на действие недостаточного водообеспечения, исследована возможность применения экзогенного лектина как протектора негативного воздействия засухи на симбиотический аппарат сои. Обнаружено, что недостаточное водообеспечение негативно влияет на процессы формирования и функционирования симбиотических систем соя—B. japonicum всех исследованных штаммов ризобий и Тn5-мутантов. Установлено, что применение штамма B. japonicum Т21-2 для инокуляции семян сои обеспечило формирование более эффективных симбиотических систем в условиях оптимального и недостаточного водообеспечения растений по сравнению с инокуляцией ризобиями штамма 646. Кроме этого выяснено, что в условиях недостаточного увлажнения субстрата симбиотические системы, созданные с участием штамма Т21-2, формировали меньшее количество, но более активных клубеньков по сравнению с другими исследованными штаммами. Доказано, что применение экзогенного лектина для обработки семян сои в концентрации 100 мкг/мл независимо от уровня водообеспечения активизирует деятельность симбиотического аппарата, повышает активность аскорбат- и гваяколпероксидазы в корнях и клубеньках растений. Такие изменения в системах соя—B. japonicum вероятно указывают на их более высокую стрессоустойчивость в неблагоприятных условиях, в частности при недостаточном водообеспечении, и дают основание рассматривать лектин семян сои как протектор негативного влияния засухи.
Ключевые слова: Bradyrhizobium japonicum, гваяколпероксидаза, аскорбатпероксидаза, азотфиксирующая активность, бобово-ризобиальный симбиоз, экзогенный лектин, соя
Полный текст и дополнительные материалы
В свободном доступе: PDFЦитированная литература
1. Marino, D., Frendo, P., Ladrera, R. Zabalza, A., Puppo, A., Arrese-Igor, C. & Gonz«lez, E.M. (2008). Nitrogen fixation control under drought stress. Localized or systemic? Plant Physiol, 143, pp. 1968-1974. doi: https://doi: 10.1104/pp. 106.097139
2. Kots, S.Ya., Morgun, V.V., Patyka, V.P., Malichenko, S.M., Mamenko, P.M., Kiriziy, D.A., Mykhalkiv, L.M., Beregovenko, S.K. & Melnykova, N.M. (2011). Biological nitrogen fixation: legume-rhizobium symbiosis. Vol. 2. Kyiv: Logos [in Russian].
3. Spayk, G., Kondoroshi, A. & Hukas, P. (2002). The Rhizobiaceae. Molecular biology of plant-associated bacteria. Sankt-Peterburg [in Russian].
4. Krutylo, D.V. (2008). Nodule bacteria — heterotrophic and symbiotrophic ways of life. Silskohospodarska mikrobiolohiia. Chernihiv, iss. 7, pp. 147-161 [in Ukrainian].
5. Sellstedt, A., Staahl, L., Mattsson, M., Jonsson, K. & Hoegberg, P. (1993). Can the 15N dilution technique be used to study N2 fixation in tropical tree symbioses as affected by water deficit? J. Exp Bot., 44, pp. 1749-1755. https://doi.org/10.1093/jxb/44.12.1749
6. Williams, P.M. & De Mallorca, M.S. (1984) Effect of osmotically induced leaf moisture stress on nodulation and nitrogenase activity of Glycine max L. Plant Soil, 80, pp. 267-283. https://doi.org/10.1007/BF02161183
7. Pena-Cabriales, J.J. & Castellanos, J.Z. (1993). Effect of water stress on N2 fixation and grain yield of Phaseolus vulgaris L. Plant Soil, 152, pp. 151-155. https://doi.org/10.1007/BF00016345
8. Glyanko, A.K. & Vasileva, G.G. (2010). Active forms of oxygen and nitrogen in legume-rhizobial symbiosis. Prikladnaya biohimiya i mikrobiol., 46(1), pp. 21-28 [in Russian].
9. Apel, K. & Hirt, H. (2004). Reactive oxygen species: metabolism, oxidative stress and signal transduction. Annu. Rev. Plant Biol., 55, pp. 373-399. doi: https:// doi:10.1146/annurev.arplant.55.031903.141701 https://doi.org/10.1146/annurev.arplant.55.031903.141701
10. Esfahani, M.N. & Mostajeran, A. (2010). Rhizobial strain involvement in symbiosis efficiency of chickpea-rhizobia under drought stress: plant growth, nitrogen fixation and antioxidant enzyme activities. Acta Physiol. Plant, 33, pp. 1075-1083. doi: https://doi: 10.1007/ s11738-010-0635-2 https://doi.org/10.1007/s11738-010-0635-2
11. Vasileva, G.G., Glyanko, A.K. & Mironova, N.V. (2005). The content of hydrogen peroxide and the activity of catalase during inoculation with nodule bacteria of pea seedlings with different capacity for nodulation. Prikladnaya biohimiya i mikrobiol., 41(5), pp. 21-28 [in Russian].
12. Drozdenko, H.M., Mamenko, P.M., Kots, S.Ya. (2013). The activity of guaiacol and ascorbate peroxidase and protein composition of soybean roots during the formation and the early functioning of symbiotic system Glycine max—Bradyrhizobium japonicum. Visn. Kharkivskoho natsionalnoho ahrarnoho un-tu: Seriia Biolohiia, iss. 1, pp. 18-26 [in Ukrainian].
13. Melnikova, N.N., Kovalchuk, N.V., Kots, S.Ya. & Musatenko, L.I. (2009). Influence of soybean seeds lectins on the legume-rhizobium symbiosis formation and functioning. Fiziologiya i biohimiya kulturnyh rasteniy, 41(5), pp. 439-446 [in Ukrainian].
14. Lubyanova, A.R., Bezrukova, M.V., Fathutdinova, R.A. & Shakirova, F.M. (2009). Growthstimulating and protective effects of phytohemagglutinin on plants of common bean. Visn. Kharkivskoho natsionalnoho ahrarnoho un-tu: Seriia Biolohiia, iss. 2(17), pp. 40-46 [in Russian].
15. Peterburgskiy, A.V. (1963). Workshop on Agronomic Chemistry. Moskva: Kolos [in Russian].
16. Hardy, R.W.F., Holsten, R.D., Jackson, E.K. & Burns, R.C. (1968). The acetylene-ethylene assay for N2-fixation: laboratoty and field evaluation. Plant Physiol., 43, No. 8, pp. 1185-1207. https://doi.org/10.1104/pp.43.8.1185
17. Esfahani, M.N. & Mostajeran, A. (2011). Rhizobial strain involvement in symbiosis efficiency of chickpea-rhizobia under drought stress: plant growth, nitrogen fixation and antioxidant enzyme activitiy. Acta Physiol. Plant, 33, pp. 1075-1083. https://doi.org/10.1007/s11738-010-0635-2
18. Egley, G.H., Paul, R.N., Vaughn, R.C. & Duke, S.O. (1983). Role of peroxidase in the development of water impermeable seed coats in Sida sprinosa L. Planta, 157, No. 1, pp. 224-232. doi: https://doi: 10.1007/s11738-010-0635-2 https://doi.org/10.1007/s11738-010-0635-2
19. Sibgatullina, G.V., Haertdinova, L.R., Gumerova, E.A., Akulov, A.N., Kostyukova, Yu.A. & Nikonova, N.I. (2011). Methods for determining the redox status of cultured plant cells: a teaching aid. Kazan: Kazanskiy Federalnyiy universitet [in Russian].
20. Nakano, Y. & Asada, K. (1981). Hydrogen peroxidase is scavenged by ascorbate-specific peroxidase in spinach chloroplasts. Plant Cell Physiol., 22, pp. 867-880. doi: https:// doi.org/10.1093/oxfordjournals.pcp.a076232
21. Bradford, M.M. (1976). A rapid and sensitive method for the quantitation of the microgram quantities of protein utilising: the principle of protein-dye binding. Anal. Biochem., 72, pp. 248-254. doi: https://doi.org/10.1016/0003-2697(76)90527-3
22. Dospehov, B.A. (1985). Methodology of field experiment. Moskva: Agropromizdat [in Russian].
23. Tihonovich, I.A. & Provorov, N.A. (1998). Genetics of symbiotic nitrogen fixation with the basics of selection. Sankt-Peterburg: Nauka [in Russian].
24. Zahran, H.H. (1999). Rhizobium legume symbiosis and nitrogen fixation under sever conditions and in an arid climate. Microbiol. Mol. Biol. Rev., 63, pp. 968-989.
25. Vasilyuk, V.M., Mamenko, P.M. & Beregovenko, S.K. (2007). Investigation of the symbiotic properties of Tn5-mutants of soybean nodule bacteria. Silskohospodarska mikrobiolohiia, 6, pp. 39-50 [in Ukrainian].
26. Semenova, E.A. (2012). Effect of water stress on the activity and electrophoretic spectra of antioxidant enzymes in soybean seeds. Sovremennyie naukoemkie tehnologii: Biologicheskie nauki, 7, pp. 33-35 [in Russian].
27. Iturbe-Ormaetxea, I., Matamoros, M.A., Rubio, M.C., Dalton, D.A. & Becana, M. (2001). The antioxidants of legume nodule mitochondria. Mol. Plant-Microbe Interact., 14, No. 10, pp. 1189-1196. https://doi.org/10.1094/MPMI.2001.14.10.1189
28. Nikolaeva, M.K., Maevskaya, S.N., Shugaev, A.G. & Buhov, N.G. (2010). The effect of drought on the chlorophyll content and enzyme activity of the antioxidant system in the leaves of three wheat varieties, differing in productivity. Fiziologiya rasteniy, 57(1), pp. 94-102 [in Russian].
29. Worrall, V.S. & Roughley, R.J. (1976). The effect of moisture stress on infection of Trifolium subterraneum L. by Rhizobium trifolii Dang. J. Exp Bot., 27, pp. 1233-1241. https://doi.org/10.1093/jxb/27.6.1233
30. Layzell, D.B., Del Castillo, L.D., Hunt, S., Kuzma, M., Cauwenberghe, O. van, & Oresnik, I. (1992). The regulation of oxygen and its role in regulation nodule metabolism. New Horizons in Nitrogen Fixation: Proceedings of the 9th International Congress on Nitrogen Fixation (Cancun, Mexico, 6—12 December, 1992) (pp. 393-398) . Cancun.
31. Kolupaev, Yu.E. & Karpets, Yu.V. (2010). Formation of adaptive reactions of plants to the action of abiotic stresses. Kyiv: Osnova [in Russian].
32. Puppo, A., Rigaud, J. & Job, D. (1981). Role of superoxide anion in leghemoglobin autoxidation. Plant Sci. Lett., 22, pp. 353-360. https://doi.org/10.1016/0304-4211(81)90081-X
33. Cerova, A.T. & Tsyiganov, V.E. (2014). Aging of the symbiotic nodule in legumes; molecular-genetic and cellular aspects. Celskohosyastvenna biologiya, 5, pp. 3-15 [in Russian].