en   ru   uk  
 
 
Физиология растений и генетика 2019, том 51, № 5, 436-446, doi: https://doi.org/10.15407/frg2019.05.436

Влияние полисахаридов ризобий на прорастание семян сои и клубенькообразование при формировании соево-ризобиального симбиоза

Мельникова Н.Н.

  • Институт физиологии растений и генетики Национальной академии наук Украины, Киев

В лабораторных и вегетационных условиях исследовали энергию прорастания семян сои, массу проростков, а также особенности клубенькообразования при формировании соево-ризобиального симбиоза в период веге­тативного роста растений под влиянием экзополисахаридов (ЭПС) клубеньковых батерий Bradyrhizobium japonicum 634б (микросимбионт сои), Bradyrhizobium japonicum 631 (микросимбионт сои и люпина) и Bradyrhizobium sp. (Lupinus) 359a, 400 (штаммы ризобий люпина, которые отличаются по активности). Показано, что ЭПС микроорганизмов существенно не стимулировали прорастание семян и развитие проростков сои. Тенденция к увеличению энергии прорастания и массы сухого вещества проростков наблюдалась при использовании препарата ЭПС400 в концентрации 0,100 мг/мл, что может быть обусловлено свойствами этого биополимера. Уменьшение количества экстрацеллюлярных полисахаридов в инкубационном растворе до 0,025 мг/мл вызвало недостоверное снижение массы проростков сои. Исследуемые ЭПС в случае предварительной обраработки ими проростков сои с последующей инокуляцией B. japonicum 634б стимулировали клубенькообразование на корнях растений в фазу двух тройчатых листьев (V2). В фазу трех тройчатых листьев (V3), а также при инокуляции инкубированных с ЭПС проростков бактериями B. japonicum 631 наблюдалась тенденция к увеличению количества корневых клубеньков. Препараты ЭПС634 и ЭПС631 в сочетании со штаммами-инокулянтами соответственно B. japonicum 634б і B. japonicum 631 способствовали более раннему началу формирования симбиотического аппарата у растений сои. В ходе исследований не обнаружено четкой зависимости характера влияния (специфичности) экзополисахаридов ризобий на прорастание семян, развитие проростков и формирование соево-ризобиаль­ного симбиоза от симбиотических свойств штаммов, из которых они были выделены. Однако определенное отличие в направленности действия углеводных биополимеров наблюдалось.

Ключевые слова: клубеньковые бактерии, соя, экзополисахариды, прорастание семян, симбиоз, клубенькообразование

Физиология растений и генетика
2019, том 51, № 5, 436-446

Полный текст и дополнительные материалы

В свободном доступе: PDF  

Цитированная литература

1. Brewin, N.J. (1991). Development of the legume root nodule. Annu. Rev. Cell Biol., 7, pp. 191-226. doi: https://doi.org/10.1146/annurev.cb.07.110191.001203

2. Ghosh, P.K. & Maiti, T.K. (2016). Structure of extracellular exopolysaccharides (EPS) produced by rhizobia and their functions in legume-bacteria symbiosis: a review. Achievements in the Life Sciences, 10, pp. 136-143. https://doi.org/10.1016/j.als.2016.11.003

3. Marczak, M., Mazur, A., Koper, P., Zebracki, K. & Skorupska, A. (2017). Synthesis of rhizobial exopolysaccharides and their importance for symbiosis with legume plants. Genes, 8(12), p. 360. https://doi.org/10.3390/genes8120360

4. Mort, A.J. & Bauer, W.D. (1980). Composition of the capsular and extracellular polysaccharides of Rhizobium japonicum. Plant Physiol., 66, No. 1, pp. 158-163. https://doi.org/10.1104/pp.66.1.158

5. Leigh, J., Singner, E.R. & Walker, G.C. (1985). Exopolysaccharide-deficient mutants of Rhizobium meliloti that form ineffective nodules. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 82, pp. 6231-6235. https://doi.org/10.1073/pnas.82.18.6231

6. van Workum, W.A.T., van Slageren, S., van Brussel, A.A.N. & Kijne, J.W. (1998). Role of exopolysaccharides of Rhizobium leguminosarum bv. viciae as host plant-specific molecules required for infection thread formation during nodulation of Vicia sativa. Mol. Plant Microbe Interact., 11, No. 12, pp. 1233-1241. https://doi.org/10.1094/MPMI.1998.11.12.1233

7. Skorupska, A., Janczarek, M., Marczak, M., Mazur, A. & Kryl, J. (2006). Rhizobial exopolysaccharides: genetic control and symbiotic functions. Microbial. Cell Factories, 5, p.7. https://doi.org/10.1186/1475-2859-5-7

8. Kelly, S.J., Muszynski, A., Kawaharada, Y., Hubber, A.M., Sullivan, J.T., Sandal, N., Carlson, R.W., Stougaard, J. & Ronson, C.W. (2013). Conditional requirement for exopolysaccharide in the Mezorhizobium-Lotus symbiosis. Mol. Plant Microbe Interact., 26, pp. 319-329. https://doi.org/10.1094/MPMI-09-12-0227-R

9. Lopez-Baena, F.J., Ruiz-Sainz, J.E., Rodriguez-Carvajal, M.A. & Vinardell, J.M. (2016). Bacterial molecular signals in the Sinorhizobium fredii-soybean symbiosis. Int. J. Mol. Sci., 17, 755 p. https://doi.org/10.3390/ijms17050755

10. Qurashi, A.W. & Sabri, A.N. (2012). Bacterial exopolysaccharide and biofilm formation stimulate chickpea growth and soil aggregation under salt stress. Braz. J. Microbiol., 43, No. 3, pp. 1183-1191. https://doi.org/10.1590/S1517-83822012000300046

11. Alami, Y., Achouak, W., Marol, C. & Heulin, T. (2000). Rhizosphere soil aggregation and plant growth promotion of sunflowers by an exopolysaccharide-producing Rhizobium sp. strain isolated from sunflower roots. Appl. Environ. Microbiol., 66, No. 8, pp. 3393-3398. https://doi.org/10.1128/AEM.66.8.3393-3398.2000

12. Naseem, H. & Bano, A. (2014). Role of plant growth-promoting rhizobacteria and their exopolysaccharide in drought tolerance of maize. J. Plant Interact., 9, No. 1, pp. 689-701. https://doi.org/10.1080/17429145.2014.902125

13. Vanderlinde, E.M., Harrison, J.J., Muszynski, A., Carlson, R.W., Turner, R.J. & Yost, C.K. (2010). Identification of a novel ABC transporter required for desiccation tolerance, and biofilm formation in Rhizobium leguminosarum bv. viciae 3841. FEMS Microbiol. Ecol., 71, No. 3, pp. 327-340. https://doi.org/10.1111/j.1574-6941.2009.00824.x

14. Leschenko, A.K., Sichkar, V.I., Mikhailov, B.G. & Mar'yushkin, V.F. (1987). Soya. Kyiv: Naukova dumka [in Russian].

15. Kots, S.Ya., Beregovenko, S.K., Kirichenko, E.V. & Melnykova, N.N. (2007). Features of interaction between plants and nitrogen-fixing microorganisms. Kyiv: Naukova dumka [in Russian].

16. Melnykova, N.M., Malichenko, S.M. & Datsenko, V.K. (1998). Study of competitiveness of lupine nodule bacteria under the inoculation by active and inactive strains. Fiziologiya i Biokhimiya Kult. Rastenii, 30, No. 1. pp. 49-53 [in Ukrainian].

17. Grodzinskiy, A.M. & Grodzinskiy, D.M. (1964). Quick reference guide for plant phy­siology. Kyiv: Naukova dumka [in Russian].

18. Fomkina, M.M. & Ibragimova, S.A. (2016). Using of microbial polysaccharides for seed treatment. Ogarev-online. Biological Sci. 24. URL: http://journal.mrsu.ru/arts/ispolzovanie-mikrobnyx-polisaxaridov-dlya-obrabotki-semyan [in Russian].

19. Kosenko, L.V., Khailova, G.F. & Korelov, V.E. (2001). Effect exopolysaccharides of Rhizobium leguminosarum bv. viciae on nodulation and rhizogenesis of pea plants. Fiziologiya i Biokhimiya Kult. Rastenii, 33, No. 4, pp. 347-354 [in Russian].

20. Laus, M.C., van Brussel, A.A. & Kijne, J.W. (2005). Exopolysaccharide structure is not a determinant of host-plant specificity in nodulation of Vicia sativa roots. Mol. Plant Microbe Interact., 18, pp. 1123-1129. https://doi.org/10.1094/MPMI-18-1123

21. Rodrigues, A.C., Vendruscolo, C.T., da Silveira Moreira, A., Santana, M.V.S, de Paula Oliveira, J.P., Bonifacio, A. & Figueiredo, M.A.D.V.B. (2015). Rhizobium tropici exopolysaccharides as carriers improve the symbiosis of cowpea-Bradyrhizobium-Paenibacillus. Afr. J. Microbiol. Res., 9, pp. 2037-2050. https://doi.org/10.5897/AJMR2015.7592

22. Skorupska, A., Derylo, M. & Lorkiewicz, Z. (1985). Role of noncarbohydrate substitutions of Rhizobium exopolysaccharide in nodulation process. Arch. Microbiol., 143, No. 3, pp. 307-331. https://doi.org/10.1007/BF00411255