Вплив різних способів застосування лектину на симбіотичні системи соя—Bradyrhizobium japonicum, сформовані в умовах оптимального та недостатнього водозабезпечення
Вивчено особливості формування надземної маси і вміст фотосинтетичних пігментів у рослинах сої, інокульованої різними за активністю штамами Bradyrhizobium japonicum, за умов оптимального й недостатнього водозабезпечення. Досліджено нодуляційну та ацетиленвідновлювальну активність цих рослинно-мікроб...
Saved in:
| Date: | 2014 |
|---|---|
| Main Authors: | , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Iнститут фізіології рослин і генетики НАН України
2014
|
| Series: | Физиология растений и генетика |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/159456 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Вплив різних способів застосування лектину на симбіотичні системи соя—Bradyrhizobium japonicum, сформовані в умовах оптимального та недостатнього водозабезпечення / Л.І. Веселовська, С.Я. Коць // Физиология растений и генетика. — 2014. — Т. 46, № 5. — С. 437-448. — Бібліогр.: 29 назв. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-159456 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-1594562025-02-23T17:07:49Z Вплив різних способів застосування лектину на симбіотичні системи соя—Bradyrhizobium japonicum, сформовані в умовах оптимального та недостатнього водозабезпечення Влияние температурного режима на содержание абсцизовой кислоты в проростках Triticum aestivum L. сорта Ятрань 60 The influence of different ways of lectin application on the symbiotic systems soybean — Bradyrhizobium japonicum, formed under optimal and insufficient water supply conditions Веселовська, Л.І. Коць, С.Я. Вивчено особливості формування надземної маси і вміст фотосинтетичних пігментів у рослинах сої, інокульованої різними за активністю штамами Bradyrhizobium japonicum, за умов оптимального й недостатнього водозабезпечення. Досліджено нодуляційну та ацетиленвідновлювальну активність цих рослинно-мікробних систем. Розглянуто можливість використання екзогенного гомологічного лектину як протектора симбіотичних систем сої з бульбочковими бактеріями в умовах негативного впливу посухи. Встановлено, що використання цього білка сприяє підвищенню вмісту фотосинтетичних пігментів у листках сої у симбіозі як з активним штамом В. japonicum 634б, так і неактивним В. japonicum 604к, а також наростанню надземної маси рослин за оптимального й недостатнього водозабезпечення, активізує процеси бульбочкоутворення та азотфіксації, підвищує ефективність бобово-ризобіального симбіозу. Изучены особенности формирования надземной массы и содержание фотосинтетических пигментов в растениях сои, инокулированной различными по активности штаммами Bradyrhizobium japonicum, в условиях оптимального и недостаточного водообеспечения. Исследована нодуляционная и ацетиленвосстанавливающая активность этих растительномикробных систем. Рассмотрена возможность использования экзогенного гомологического лектина как протектора симбиотических систем сои с клубеньковыми бактериями в условиях неблагоприятного влияния засухи. Установлено, что использование этого белка способствует повышению содержания фотосинтетических пигментов в листьях сои в симбиозе как с активным штаммом В. japonicum 634б, так и неактивным В. japonicum 604к, а также нарастанию надземной массы растений при оптимальном и недостаточном водообеспечении, активирует процессы клубенькообразования и азотфиксации, повышает эффективность бобово-ризобиального симбиоза. The peculiarities of the aboveground mass forming and the photosynthetic pigment content in soybean inoculated by the strains of Bradyrhizobium japonicum with different activity under optimal and insufficient water supply were investigated. The nodule formation and the activity of ethylene reducing by these plant-microbial systems were studied. The possibility of use of the exogenous homological lectin as protector of the symbiotic systems formed by soybean and nodule bacteria under negative influence of drought was examined. The use of the protein stimulates the increase of photosynthetic pigments content in the leaves of soybean and shoot growth in symbiosis with active strain B. japonicum 634б as well as inactive strain B. japonicum 604к under optimal and insufficient water supply. The lectin application also activates the processes of nodule formation and nitrogen fixation, increases the efficiency of legume-rhizobium symbiosis. 2014 Article Вплив різних способів застосування лектину на симбіотичні системи соя—Bradyrhizobium japonicum, сформовані в умовах оптимального та недостатнього водозабезпечення / Л.І. Веселовська, С.Я. Коць // Физиология растений и генетика. — 2014. — Т. 46, № 5. — С. 437-448. — Бібліогр.: 29 назв. — укр. 2308-7099 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/159456 581.1:581.557:582.736 uk Физиология растений и генетика application/pdf Iнститут фізіології рослин і генетики НАН України |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| language |
Ukrainian |
| description |
Вивчено особливості формування надземної маси і вміст фотосинтетичних пігментів у рослинах сої, інокульованої різними за активністю штамами Bradyrhizobium japonicum, за умов оптимального й недостатнього водозабезпечення. Досліджено нодуляційну та ацетиленвідновлювальну активність цих рослинно-мікробних систем. Розглянуто можливість використання екзогенного гомологічного лектину як протектора симбіотичних систем сої з бульбочковими бактеріями в умовах негативного впливу посухи. Встановлено, що використання цього білка сприяє підвищенню вмісту фотосинтетичних пігментів у листках сої у симбіозі як з активним штамом В. japonicum 634б, так і неактивним В. japonicum 604к, а також наростанню надземної маси рослин за оптимального й недостатнього водозабезпечення, активізує процеси бульбочкоутворення та азотфіксації, підвищує ефективність бобово-ризобіального симбіозу. |
| format |
Article |
| author |
Веселовська, Л.І. Коць, С.Я. |
| spellingShingle |
Веселовська, Л.І. Коць, С.Я. Вплив різних способів застосування лектину на симбіотичні системи соя—Bradyrhizobium japonicum, сформовані в умовах оптимального та недостатнього водозабезпечення Физиология растений и генетика |
| author_facet |
Веселовська, Л.І. Коць, С.Я. |
| author_sort |
Веселовська, Л.І. |
| title |
Вплив різних способів застосування лектину на симбіотичні системи соя—Bradyrhizobium japonicum, сформовані в умовах оптимального та недостатнього водозабезпечення |
| title_short |
Вплив різних способів застосування лектину на симбіотичні системи соя—Bradyrhizobium japonicum, сформовані в умовах оптимального та недостатнього водозабезпечення |
| title_full |
Вплив різних способів застосування лектину на симбіотичні системи соя—Bradyrhizobium japonicum, сформовані в умовах оптимального та недостатнього водозабезпечення |
| title_fullStr |
Вплив різних способів застосування лектину на симбіотичні системи соя—Bradyrhizobium japonicum, сформовані в умовах оптимального та недостатнього водозабезпечення |
| title_full_unstemmed |
Вплив різних способів застосування лектину на симбіотичні системи соя—Bradyrhizobium japonicum, сформовані в умовах оптимального та недостатнього водозабезпечення |
| title_sort |
вплив різних способів застосування лектину на симбіотичні системи соя—bradyrhizobium japonicum, сформовані в умовах оптимального та недостатнього водозабезпечення |
| publisher |
Iнститут фізіології рослин і генетики НАН України |
| publishDate |
2014 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/159456 |
| citation_txt |
Вплив різних способів застосування лектину на симбіотичні системи соя—Bradyrhizobium japonicum, сформовані в умовах оптимального та недостатнього водозабезпечення / Л.І. Веселовська, С.Я. Коць // Физиология растений и генетика. — 2014. — Т. 46, № 5. — С. 437-448. — Бібліогр.: 29 назв. — укр. |
| series |
Физиология растений и генетика |
| work_keys_str_mv |
AT veselovsʹkalí vplivríznihsposobívzastosuvannâlektinunasimbíotičnísistemisoâbradyrhizobiumjaponicumsformovanívumovahoptimalʹnogotanedostatnʹogovodozabezpečennâ AT kocʹsâ vplivríznihsposobívzastosuvannâlektinunasimbíotičnísistemisoâbradyrhizobiumjaponicumsformovanívumovahoptimalʹnogotanedostatnʹogovodozabezpečennâ AT veselovsʹkalí vliânietemperaturnogorežimanasoderžanieabscizovojkislotyvprorostkahtriticumaestivumlsortaâtranʹ60 AT kocʹsâ vliânietemperaturnogorežimanasoderžanieabscizovojkislotyvprorostkahtriticumaestivumlsortaâtranʹ60 AT veselovsʹkalí theinfluenceofdifferentwaysoflectinapplicationonthesymbioticsystemssoybeanbradyrhizobiumjaponicumformedunderoptimalandinsufficientwatersupplyconditions AT kocʹsâ theinfluenceofdifferentwaysoflectinapplicationonthesymbioticsystemssoybeanbradyrhizobiumjaponicumformedunderoptimalandinsufficientwatersupplyconditions |
| first_indexed |
2025-11-24T02:45:06Z |
| last_indexed |
2025-11-24T02:45:06Z |
| _version_ |
1849638053440651264 |
| fulltext |
УДК 581.1:581.557:582.736
ВПЛИВ РІЗНИХ СПОСОБІВ ЗАСТОСУВАННЯ ЛЕКТИНУ НА
СИМБІОТИЧНІ СИСТЕМИ СОЯ—BRADYRHIZOBIUM JAPONICUM,
СФОРМОВАНІ В УМОВАХ ОПТИМАЛЬНОГО ТА НЕДОСТАТНЬОГО
ВОДОЗАБЕЗПЕЧЕННЯ
Л.І. ВЕСЕЛОВСЬКА, С.Я. КОЦЬ
Інститут фізіології рослин і генетики Національної академії наук України
03022 Київ, вул. Васильківська, 31/17
e-mail: veselovskalili@mail.ru
Вивчено особливості формування надземної маси і вміст фотосинтетичних
пігментів у рослинах сої, інокульованої різними за активністю штамами
Bradyrhizobium japonicum, за умов оптимального й недостатнього водозабезпечен-
ня. Досліджено нодуляційну та ацетиленвідновлювальну активність цих рослин-
но-мікробних систем. Розглянуто можливість використання екзогенного гомо-
логічного лектину як протектора симбіотичних систем сої з бульбочковими
бактеріями в умовах негативного впливу посухи. Встановлено, що використання
цього білка сприяє підвищенню вмісту фотосинтетичних пігментів у листках сої
у симбіозі як з активним штамом В. japonicum 634б, так і неактивним В. japo-
nicum 604к, а також наростанню надземної маси рослин за оптимального й не-
достатнього водозабезпечення, активізує процеси бульбочкоутворення та
азотфіксації, підвищує ефективність бобово-ризобіального симбіозу. При цьому
обробка насіння білком чинить більш виражений стимулювальний ефект на про-
цеси формування і функціонування симбіозу, тоді як інкубація ризобій з лекти-
ном сприяє підвищенню вмісту фотосинтетичних пігментів. Отримані дані
свідчать, що застосування гомологічного лектину частково нівелює негативний
вплив посухи на фізіологічний стан рослин сої, при цьому його ефект, вірогідно,
не обмежується дією на процес симбіотичної азотфіксації.
Ключові слова: Bradyrhizobium japonicum, соя, лектин, азотфіксація, нодуляційна
активність, посуха, каротиноїди, хлорофіл а, хлорофіл b.
Біологічною особливістю сої як бобової культури є здатність утворюва-
ти високоефективні азотфіксувальні симбіози з бульбочковими бак-
теріями, в результаті функціонування яких ґрунти збагачуються доступ-
ними для рослин формами азоту [24].
Проте азотфіксувальна активність симбіотичних систем, як і вро-
жайність та білкова продуктивність сої, значною мірою залежить від
умов навколишнього середовища. Складним інтегральним чинником,
який призводить до патологічних змін на різних рівнях організації
симбіозу — від субклітинного до організменного — є посуха. Як відомо,
за недостатнього водозабезпечення порушуються тонкі механізми кисне-
вого контролю в бульбочках, що спричинює їх старіння. Зокрема змен-
шується проникність бар’єра дифузії кисню в кортексі бульбочок,
внаслідок чого знижується доступ кисню в бактероїди [29].
Тривала посуха зумовлює низку істотних незворотних змін і в са-
мих рослинах сої, в результаті яких зменшується активна листкова по-
ФИЗИОЛОГИЯ РАСТЕНИЙ И ГЕНЕТИКА. 2014. Т. 46. № 5
437
© Л.І. ВЕСЕЛОВСЬКА, С.Я. КОЦЬ, 2014
верхня, ослаблюється функціонування фотосинтетичного апарату та ін.
[20]. Оскільки бобові мають унікальну здатність поєднувати в собі два
основних в енергетичному й трофічному забезпеченні рослин
фізіологічних процеси — фотосинтез і біологічну азотфіксацію [7] одним
із опосередкованих показників ефективності симбіозу є кількість хло-
рофілів, що накопичуються рослиною [1]. Крім цього, маркерами загаль-
ного адаптаційного синдрому рослин можуть бути каротиноїди. Так, при
адаптації до посухи каротиноїди й епоксидаційні процеси ксантофілово-
го циклу регулюють перебіг фотосинтезу безпосередньо та опосередкова-
но, беручи участь у синтезі абсцизової кислоти, що через регуляцію
продихової провідності контролює доступність СО2 для фотосинтезу [17].
На сьогодні важливим питанням залишається пошук шляхів адап-
тації бобово-ризобіального симбіозу до несприятливих умов довкілля.
Відомо, що стійкість до несприятливих чинників навколишнього
середовища формується в результаті перебудови метаболізму живого ор-
ганізму [13]. Величезна роль при цьому відводиться лектинам [19]. Екзо-
генні лектини здатні регулювати низку фізіологічних процесів у росли-
нах, підвищувати їх продуктивність і стійкість до стресових чинників
абіотичної й біотичної природи [8].
Встановлено, що аглютинін зародків пшениці відіграє роль протек-
тора в умовах індукованого засоленням окиснювального стресу [22]. До-
ведено здатність фітогемаглютеніну запобігати гальмуванню мітотичної
активності клітин коренів, спричиненому засоленням і пришвидшувати
репарацію росту клітин після видалення стресора із середовища [11].
Виявлено також, що лектини бобових активують процеси бульбочко-
утворення та азотфіксації, підвищують ефективність бобово-ризобіаль-
ного симбіозу [26].
Мета роботи полягала в дослідженні можливості використання і
визначенні ефективнішого способу застосування екзогенного гомо-
логічного лектину як протектора симбіотичних систем сої в умовах не-
гативного впливу посухи.
Методика
Досліджено рослини сої (Glycine max (L.) Merr.) сорту Васильківська (се-
лекція Селекційно-генетичного інституту—Національного центру
насіннєзнавства та сортовивчення НААН України, Інституту фізіології
рослин і генетики НАН України та Інституту землеробства НААН Ук-
раїни) і бульбочкові бактерії Bradyrhizobium japonicum 634б (активний ви-
робничий штам) та 604к (неактивний високовірулентний штам) із музей-
ної колекції азотфіксувальних мікроорганізмів відділу симбіотичної
азотфіксації ІФРГ НАН України.
Культури бульбочкових бактерій вирощували на твердому манітно-
дріжджовому середовищі протягом 7 діб за 26—28 °С.
Насіння сої перед посівом стерилізували 70 %-м розчином етанолу
протягом 15 хв і промивали під проточною водою. Лектин застосовували у
два способи: 1) насіння інкубували в розчині комерційного лектину сої
(Львів, «Лектинотест») концентрацією 100 мкг/мл, після чого бактеризува-
ли ризобіями (108 кл/мл) протягом 1 год; 2) насіння інокулювали протягом
1 год бактеріальною суспензією (108 кл/мл), попередньо проінкубованою
з лектином (кінцева концентрація білка 100 мкг/мл) упродовж 20 год.
Схема досліду включала 10 варіантів (див. рисунок): 1 — насіння +
+ B. japonicum 634б, 60 % ПВ (контроль 1); 2 — (насіння + лектин) +
438
Л.И. ВЕСЕЛОВСКАЯ, С.Я. КОЦЬ
ISSN 2308-7099. Физиология растений и генетика. 2014. Т. 46. № 5
+ В. japonicum 634б, 60 % ПВ; 3 — насіння + (В. japonicum 634б + лек-
тин), 60 % ПВ; 4 — насіння + В. japonicum 634б, 30 % ПВ (контроль 2);
5 — (насіння + лектин) + В. japonicum 634б, 30 % ПВ; 6 — насіння +
+ (В. japonicum 634б + лектин), 30 % ПВ; 7 — насіння + В. japonicum
604к, 60 % ПВ (контроль 3); 8 — насіння + (В. japonicum 604к + лектин),
60 % ПВ; 9 — насіння + В. japonicum 604к, 30 % ПВ (контроль 4); 10 —
насіння + (В. japonicum 604к + лектин), 30 % ПВ.
Сою вирощували в умовах вегетаційного досліду по 6 рослин у
16-кілограмових посудинах Вагнера, як субстрат використовували про-
митий річковий пісок із внесенням поживної суміші Гельригеля з 0,25
норми азоту за природних освітлення та температури, оптимального (60 %
ПВ) чи недостатнього (30 % ПВ) водозабезпечення. Вологість субстрату
підтримували контрольованим поливом. Посуху створювали протягом
двох тижнів, починаючи з фази трьох справжніх листків, після чого у фа-
зу цвітіння полив відновлювали до 60 % ПВ.
Зразки для аналізу відбирали у фази початку бутонізації (4-та доба
посухи) та формування бобів (11-та доба після завершення посухи). Виз-
начали надземну масу рослин, оцінювали формування симбіотичного
апарату за кількістю та масою бульбочок на їх коренях. Встановлювали
ацетиленвідновлювальну активність (АВА) бульбочок [25] на газовому
хроматографі «Agilent GC system 6850» (США), а також вміст пігментів
(хлорофілів і каротиноїдів) [28] у повністю сформованих листках серед-
нього ярусу рослин.
АВА та нодуляційну активність вимірювали в пятиразовій
біологічній повторності, надземну масу рослин — у десятиразовій, вміст
пігментів у листках — у триразовій. Отримані дані оброблено статистич-
но з використанням програми Exсel.
Результати та обговорення
Відомо, що в процесах формування і функціонування ефективних бобо-
во-ризобіальних симбіотичних систем важливу роль відіграє нодуляційна
активність ризобій, а також нітрогеназна активність уже сформованих
кореневих бульбочок [5]. Згідно з результатами дослідження рослин, ви-
рощених за 60 % ПВ, у фазу початку бутонізації у варіанті з використан-
ням насіння, проінкубованого з лектином та інокульованого ризобіями,
виявлено тенденцію до зростання АВА, при цьому кількість бульбочок
на коренях рослин зменшувалась на 18 % відносно контролю 1 (табл. 1).
У фазу формування бобів у цьому ж варіанті відмічено тенденцію до зро-
стання обох показників. У результаті інокуляції насіння ризобіями, інку-
бованими з лектином, у фазу початку бутонізації як кількість бульбочок,
так і ацетиленвідновлювальна активність залишались на рівні контроль-
ного варіанта, тоді як у фазу формування бобів за істотного (на 39 %)
збільшення кількості бульбочок виявлено тенденцію до зростання АВА.
Ці результати підтвердили отримані раніше дані щодо позитивного
впливу екзогенного лектину на бобово-ризобіальні симбіотичні системи
[10].
Аналіз бульбочкоутворення на коренях сої та ацетиленвідновлю-
вальної активності бульбочок, які функціонували в умовах стресу, пока-
зав, що найефективнішим є використання лектину для обробки насіння.
Так, у фазу початку бутонізації (4-та доба посухи) обробка насіння лек-
тином у поєднанні з інокуляцією ризобіями привела до зростання як
439
ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБОВ ПРИМЕНЕНИЯ ЛЕКТИНА
ISSN 2308-7099. Физиология растений и генетика. 2014. Т. 46. № 5
440
Л.И. ВЕСЕЛОВСКАЯ, С.Я. КОЦЬ
ISSN 2308-7099. Физиология растений и генетика. 2014. Т. 46. № 5
АВА на 42 %, так і кількості бульбочок на 77 % відносно контролю 2.
Слід зазначити, що і АВА симбіотичних систем цього варіанта, і
здатність ризобій до утворення бульбочок на коренях сої були на рівні
активності симбіозу, який не зазнав впливу посухи (контроль 1). Іноку-
ляція насіння модифікованими лектином ризобіями викликала знижен-
ня АВА на 17 % за зростання кількості бульбочок на 38 % відносно
контролю 2. Такий стимулювальний ефект на процес бульбочкоутворен-
ня можна пояснити активувальним впливом лектину на синтез екстра-
целюлярних і капсульних полісахаридів, що, у свою чергу, індукує утво-
рення інфекційних ниток бактеріями [27].
На 11-ту добу після відновлення поливу (фаза формування бобів)
у варіанті з використанням насіння, проінкубованого з лектином та
інокульованого ризобіями, кількість кореневих бульбочок зменшилась
на 47 % відносно контролю 2 і на 32 % відносно контролю 1, але при
цьому активність однієї бульбочки була достатньо високою, оскільки за-
гальна АВА перевищувала контрольний варіант 2 на 46 % і була на рівні
контролю 1. Це означає, що за такого способу використання лектину
формується стійкіший до впливу посухи симбіотичний апарат, який має
вищий потенціал до відновлення у післястресовий період. У разі засто-
сування для передпосівної інокуляції ризобій, інкубованих із лектином,
ми спостерігали подібну ситуацію — АВА зростала на 14 % за зниження
кількості кореневих бульбочок на 29 % відносно контрольного варіанта 2,
а відносно контролю 1 АВА достовірно знизилась за тенденційного (на
10 %) зменшення кількості утворених кореневих бульбочок.
У бульбочках сої, сформованих за участю неактивного штаму В. ja-
ponicum 604к, АВА була відсутньою протягом усього онтогенезу рос-
лин.
Отже, ми виявили, що за 30 % ПВ інкубація насіння з лектином
чинить більш виражений стимулювальний ефект на процеси формуван-
ня і функціонування бобово-ризобіального симбіозу, ніж обробка ним
ризобій. Таку дію розглянутого способу застосування лектину на
симбіотичний апарат можна пояснити впливом цього білка на синтез
ферментів і продуктів азотного метаболізму [10].
Посилення симбіотичних властивостей бульбочкових бактерій у
разі використання екзогенного лектину сприяло активізації процесів
росту та формування вегетативної маси рослинами сої (табл. 2).
441
ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБОВ ПРИМЕНЕНИЯ ЛЕКТИНА
ISSN 2308-7099. Физиология растений и генетика. 2014. Т. 46. № 5
ТАБЛИЦЯ 2. Вплив екзогенного лектину на надземну масу рослин сої, інокульованої
B. japonicum 634б, в умовах різного водозабезпечення (г сухої речовини/рослину)
Фаза розвитку рослин
Варіант
Початок бутонізації Формування бобів
60 % ПВ
(Насіння + вода) + ризобії (контроль 1) 0,647±0,037 3,240±0,160
(Насіння + лектин) + ризобії 0,716±0,020 3,832±0,261
Насіння + (ризобії + лектин) 0,681±0,355 3,842±0,091
30 % ПВ
(Насіння + вода) + ризобії (контроль 2) 0,627±0,015 2,720±0,080
(Насіння + лектин) + ризобії 0,603±0,032 2,812±0,058
Насіння + (ризобії + лектин) 0,691±0,035 3,222±0,043
На фоні оптимального водозабезпечення спостерігався приріст
надземної маси сої відносно контролю 1 за обох способів використання
лектину. Зокрема обробка ним насіння з подальшою інокуляцією ри-
зобіями зумовлювала зростання цього показника відносно контрольного
варіанта на 11 % (фаза початку бутонізації) і 18 % (фаза формування
бобів). У варіанті з бактеризацією насіння ризобіями, обробленими лек-
тином, вірогідний приріст маси сої (19 %) спостерігали лише у фазу фор-
мування бобів.
Оцінивши показники надземної маси рослин у варіантах із недо-
статнім водозабезпеченням, ми встановили, що найефективнішим є ви-
користання лектину для інкубації з ризобіями. Так, на 4-ту добу стресу
в рослин цього варіанта приріст надземної маси відносно контролю 2
становив 10 %, а відносно контролю 1 — 7 %. У післястресовий період
(фаза формування бобів) надземна маса рослин зросла на 18 % відносно
контрольного варіанта 2 і була на рівні контролю 1. Водночас у варіанті
з обробкою насіння лектином та інокуляцією ризобіями істотних змін
надземної маси відносно контрольного варіанта 2 в обидві досліджені
фази розвитку рослин не спостерігалося.
Можливо утворення потужної надземної маси у рослин сої, іноку-
льованої ризобіями, модифікованими лектином, за 30 % ПВ пов’язане з
невисокою функціональною активністю симбіотичного апарату в цьому
варіанті (див. табл. 1), а відтак — зі зниженням затрат енергії рослини на
його функціонування, оскільки відомо, що під час процесу фіксації азо-
ту відбувається посилений відтік фотоасимілятів до кореневих бульбочок
[10].
Зміни в пігментному комплексі (вміст пігментів та їх співвідно-
шення) протягом вегетаційного періоду є одним із важливих показників
фізіологічного стану рослин, особливостей перебігу продукційного про-
цесу та адаптації рослини до дії стресових чинників [15]. Відомо, що за
впливу тривалої ґрунтової посухи вміст хлорофілів а і b знижується [14].
Тому ми проаналізували кількість хлорофілу а в листках сої і з’ясували,
що найдієвішим прийомом захисту фотосинтетичного апарату в умовах
посухи є застосування лектину для інкубації з ризобіальною суспензією
(рисунок). Результати досліджень показали, що за 60 % ПВ кількість
цього пігменту в листках сої, вирощеної з насіння, проінкубованого з
лектином (варіант 2), була на рівні контрольного варіанта 1 в обидві
досліджені фази розвитку. За інокуляції насіння інкубованими з лекти-
ном ризобіями вміст цього пігменту істотно змінився лише у фазу фор-
мування бобів — кількість хлорофілу а перевищила контрольний варіант
на 30 %.
Вважають, що вміст хлорофілу починає знижуватись за тривалого
пригнічення асиміляції СО2 [14]. У наших дослідженнях обробка насіння
лектином із наступною інокуляцією ризобіями (варіант 5) не викликала
змін вмісту хлорофілу а відносно контролю 2 на 4-ту добу посухи. Це оз-
начає, що така тривалість стресу недостатньо жорстка для фотосинтетич-
ного апарату сої, сформованого за впливу насіннєвого лектину, у резуль-
таті дії якого в листках рослин підвищується ендогенний рівень
цитокінінів [9], що, як відомо, виконують роль протекторів фотосинте-
тичного апарату. Після відновлення поливу (фаза формування бобів) цей
показник зріс на 11 %. Унаслідок інокуляції насіння ризобіями, інкубо-
ваними зі згаданим білком (варіант 6), вміст хлорофілу як в умовах по-
сухи, так і в післястресовий період зріс відповідно на 15 і 39 %. Таке
442
Л.И. ВЕСЕЛОВСКАЯ, С.Я. КОЦЬ
ISSN 2308-7099. Физиология растений и генетика. 2014. Т. 46. № 5
443
ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБОВ ПРИМЕНЕНИЯ ЛЕКТИНА
ISSN 2308-7099. Физиология растений и генетика. 2014. Т. 46. № 5
Вплив екзогенного лектину на вміст хлорофілу а (а), хлорофілу b (б) та каротиноїдів (в) у
листках рослин сої, інокульованої B. japonicum, в умовах різного водозабезпечення:
1 — насіння + B. japonicum 634б, 60 % ПВ (контроль 1); 2 — (насіння + лектин) + B. japonicum 634б,
60 % ПВ; 3 — насіння + (B. japonicum 634б + лектин), 60 % ПВ; 4 — насіння + B. japonicum 634б, 30 %
ПВ (контроль 2); 5 — (насіння + лектин) + B. japonicum 634б, 30 % ПВ; 6 — насіння + (B. japonicum
634б + лектин), 30 % ПВ; 7 — насіння + B. japonicum 604к, 60 % ПВ (контроль 3); 8 — насіння + (B. ja-
ponicum 604к + лектин), 60 % ПВ; 9 — насіння + B. japonicum 604к, 30 % ПВ (контроль 4); 10 —
насіння + (B. japonicum 604к + лектин), 30 % ПВ; I — початок бутонізації; II — формування бобів
підвищення вмісту пігменту вказує на те, що за описаного способу ви-
користання лектину в рослин формується пігментна система, стійкіша
до стресу.
Оскільки підвищення вмісту хлорофілу а у варіантах за обробки
лектином ризобій не можна пояснити збільшенням АВА, то в цьому разі,
очевидно, виявляється інший аспект стимулювального впливу ризобій
на життєдіяльність рослинного організму. Відомо, що азотфіксувальні
бактерії як вільноіснуючі, так і симбіотрофні, здатні продукувати
фізіологічно активні речовини фітогормональної природи, зокрема ци-
токініни [2]. Останні відіграють важливу роль при становленні
симбіотичних взаємовідносин між мікро- та макросимбіонтами. Ци-
токініни беруть участь у процесі утворення і росту кореневих бульбочок
через активування поділу корових клітин кореня, а також регулювання
експресії низки генів ранньої нодуляції [21]. Встановлено, що інокуляція
насіння сої азотфіксувальними бактеріями супроводжується збільшен-
ням вмісту цитокінінів як у коренях, так і в кореневих бульбочках на по-
чаткових етапах формування і функціонування бобово-ризобіального
симбіозу [4]. Проте у бульбочках, що вже сформувалися, виявлено нега-
тивний зв’язок між вмістом зеатинрибозиду та азотфіксувальною ак-
тивністю, що й не дивно, оскільки вони вже не потребують стимулюван-
ня поділу клітин та експресії Nod-факторів.
Інокуляція насіння інкубованими з лектином ризобіями неактив-
ного штаму сприяла зростанню вмісту хлорофілу а порівняно з контро-
лем (варіант 7). За оптимального водозабезпечення вміст цього пігменту
підвищувався на 7 % у фазу початку бутонізації та на 12 % у фазу фор-
мування бобів, а в умовах посухи був на рівні контролю 4, проте зрос-
тав у післястресовий період на 18 %.
Дослідження показали, що за 60 % ПВ у результаті інокуляції
насіння активними 634б ризобіями (варіант 3), кількість хлорофілу b у
фазу початку бутонізації була на рівні контролю 1, тоді як у фазу форму-
вання бобів зростала на 18 % відносно цього ж варіанта (див. рисунок, б).
Обробка насіння лектином у поєднанні з інокуляцією ризобіями
(варіант 2) не викликала істотних змін вмісту цього пігменту відносно
контролю 1 у жодній із досліджених фаз розвитку рослин.
Оцінюванням кількості хлорофілу b у листках сої, яка не піддава-
лася дії стресу, виявлено, що передпосівна інкубація насіння з лектином
із наступною інокуляцією бактеріями штаму 634б (варіант 5) приводила
до незначного зростання цього показника лише у післястресовий період
(фаза формування бобів) на 7 % відносно контролю 2, тоді як у варіанті
з використанням для інокуляції насіння ризобій, оброблених лектином
(варіант 6), вміст хлорофілу b перевищував контрольний варіант на 26 %
у фазу початку бутонізації та на 50 % у фазу формування бобів.
У варіантах з використанням неактивного штаму кількість хло-
рофілу b залежала від рівня водозабезпечення рослин. Так, у листках
рослин, що не піддавалися впливу посухи, вміст цього пігменту при за-
стосуванні лектину знижувався відносно контролю 3 на 9 % у фазу по-
чатку бутонізації та на 14 % у фазу формування бобів. На 4-ту добу по-
сухи вміст хлорофілу b зростав відносно контролю 4 на 16 %, а в
післястресовий період — на 33 %.
Виявлені закономірності зміни кількості хлорофілів залежно від
активності штаму-інокулянта можуть свідчити про те, що дія лектину на
444
Л.И. ВЕСЕЛОВСКАЯ, С.Я. КОЦЬ
ISSN 2308-7099. Физиология растений и генетика. 2014. Т. 46. № 5
рослинний організм пов’язана не лише з посиленням симбіотичних вла-
стивостей бульбочкових бактерій та участю цього білка в процесах
азотфіксації, а й із впливом лектину на ростові процеси рослин. Припу-
стивши позитивний вплив екзогенного лектину на загальну лектинову
активність рослин [8], таку реакцію можна розглядати як модифікацію
низки процесів, що здійснюються на мембранах хлоропластів, і зміни їх
структурної організації [6].
Встановлено, що каротиноїди беруть участь в адаптаційно-захис-
них реакціях організмів на дію несприятливих чинників навколишньо-
го середовища, виконують антиоксидантні та мембраностабілізувальні
функції [12, 23]. Доведено, що в умовах дії стресу в клітинах пору-
шується гомеостатична рівновага, змінюється стан про- антиоксидант-
ної системи мембран, посилюються вільнорадикальні процеси, рівно-
вага зміщується в бік активації пероксидного окиснення ліпідів у
клітині [16].
Дослідженням вмісту каротиноїдів у листках сої, інокульованої ак-
тивним штамом 634б, виявлено (див. рисунок, в), що у фазу початку бу-
тонізації склад цих пігментів істотно не змінюється незалежно від спо-
собу використання лектину та рівня водозабезпечення рослин. У фазу
формування бобів за оптимального водозабезпечення кількість кароти-
ноїдів зростала на 27 % відносно контролю 1 при інкубації ризобій з лек-
тином. Для рослин, підданих впливу посухи, у цей же період онтогене-
зу характерним було зростання вмісту каротиноїдів відносно контролю 2
на 14 % при обробці насіння лектином і на 34 % при інкубації ризобій
з цим білком.
У разі використання неактивного штаму, інкубованого з лектином,
вміст каротиноїдів істотно змінювався лише у фазу початку бутонізації
за 30 % ПВ — знижувався на 11 % відносно контролю 4.
Різке зниження кількості пігментів у листках рослин, інокульова-
них B. japonicum 604к, яке ми виявили у фазу формування бобів, пов’яза-
не з дефіцитом азоту. На початку вегетації потреба рослин у цьому еле-
менті певною мірою забезпечувалась його стартовою дозою, але з
подальшим їх ростом запаси мінерального азоту в субстраті вичерпува-
лись, молекулярний азот не фіксувався (як це мало місце у варіантах з
інокуляцією активним штамом) і рослини ставали неспроможними за-
безпечити формування повноцінного фотосинтетичного апарату.
З урахуванням ролі пігментів у формуванні захисних механізмів
фотосинтетичного апарату рослин, спрямованих на підвищення їх
стійкості до несприятливих чинників довкілля, зокрема посухи [18],
підвищення вмісту хлорофілів і каротиноїдів у листках сої внаслідок ви-
користання лектину може означати, що застосування цього білка част-
ково усуває негативну дію водного стресу на рослини. Найкращий ефект
отримано при використанні лектину для інкубації бактеріальної сус-
пензії.
Отже, отримані нами результати вказують на те, що для рослин
сої, вирощеної в посушливих умовах, екзогенний лектин може бути про-
тектором, який частково усуває негативний вплив посухи як на макро-
симбіонта, так і на симбіотичні системи, створені за його участю, сприяє
формуванню потужних азотфіксувальних систем, посилює її ріст і роз-
виток. Проте слід враховувати, що спосіб використання цього білка виз-
начає його вплив на різні фізіологічні процеси.
445
ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБОВ ПРИМЕНЕНИЯ ЛЕКТИНА
ISSN 2308-7099. Физиология растений и генетика. 2014. Т. 46. № 5
1. Антипчук А.Ф., Канцелярук Р.М., Рангелова В.Н. Связь между показателями фотоасси-
миляционной активности бобовых растений и их симбиотической азотфиксацией //
Микробиол. журн. — 1990. — 52, № 6. — С. 49—53.
2. Волкогон В.В., Волкогон М.В., Дімова С.Б. Рістстимулювальні мікроорганізми / Експе-
риментальна ґрунтова мікробіологія. — К.: Аграрна наука, 2010. — С. 383—416.
3. Головатюк Є., Ситар О., Таран Н. Вплив різних доз азотних добрив на вміст фотосин-
тетичних пігментів та сульфоліпіду у листках сої // Вісн. КНУ ім. Т. Шевченка. —
2007. — № 12. — С. 34—36.
4. Грищук О.О., Коць С.Я., Волкогон М.В. Динаміка вмісту фітогормонів цитокінінової
природи у коренях і бульбочках сої на ранніх етапах формування бобово-ризобіально-
го симбіозу // Физиология и биохимия культ. растений. — 2013. — 45, № 1. — С. 20—
28.
5. Даценко В.К., Мельник В.М., Коць С.Я., Омельчук С.В. Фізіологічна взаємодія сої з но-
вими Тn5-мутантами Bradyrhizobium japonicum // С.-г. мікробіологія: Міжвід. темат. на-
ук. зб. — Чернігів, 2008. — Вип. 8. — С. 52—61.
6. Жесткова И.М., Молотковский Ю.Г. Влияние лектина из семян сои на структуру и
энерготрансформирующие реакции хлоропластов // Изучение и применение лектинов:
Уч. зап. Тартус. ун-та. — 1989. — 2, вып. 870. — С. 108—113.
7. Зотиков В.И., Головина Е.В. Взаимосвязь интенсивности азотфиксации и фотосинтеза
у новых сортов сои северного экотипа // Вестн. Орловск. гос. аграр. ун-та. — 2011. — 30,
№ 3. — С. 5—8.
8. Кириченко О.В. Біологічна активність екзогенних рослинних лектинів при утворенні та
функціонуванні фітобактеріальних асоціацій // Вісн. Харків. нац. аграр. ун-ту. Сер.
Біологія. — 2011. — Вип. 2(23). — С. 46—59.
9. Кириченко О.В., Волкогон М.В. Вплив аглютеніну зародків пшениці при передпосівній
обробці насіння на рівень цитокінінів і ауксинів у листі рослин // Доп. НАН України. —
2010. — № 6. — С. 144—151.
10. Коць С.Я., Моргун В.В., Патыка В.Ф. и др. Биологическая фиксация азота: Бобово-ри-
зобиальный симбиоз. — Киев: Логос, 2011. — Т. 2. — 523 с.
11. Лубянова А.Р., Фатхутдинова Р.А., Безрукова М.В., Шакирова Ф.М. Ростстимулирую-
щий и защитный эффекты фитогемагглютинина на растения фасоли. Влияние фитоге-
магглютинина на рост и гормональный статус корней проростков фасоли // Вісн.
Харків. нац. аграр. ун-ту. Сер. Біологія. — 2009. — Вип 1(16). — С. 39—44.
12. Постоєнко О.М. Екологічні характеристики культурних і дикорослих каротиноносних
рослин — накопичувачів вірусів та ксенобіотиків і метод отримання з них каротину:
Автореф. дис. … канд. біол. наук. — Київ, 2003. — 23 с.
13. Сакало В.Д., Ларченко К.А., Курчій В.М. Синтез і метаболізм сахарози в листках про-
ростків кукурудзи за умов водного дефіциту // Физиология и биохимия культ. расте-
ний. — 2009. — 41, № 4. — С. 305—313.
14. Соколовська-Сергієнко О.Г., Стасик О.О. Особливості реакції фотосинтетичного апара-
ту контрастних за посухостійкістю сортів озимої пшениці на ґрунтову посуху // Вісн.
Укр. т-ва генетиків і селекціонерів. — 2008. — 6, № 1. — С. 137—144.
15. Соханчак Р., Лобачевська О., Бешлей С. Сезонні зміни у пігментному комплексі моху
Campylopus introflexus (Hedw.) Brid. на вершині відвалу шахти «Надія» // Вісн. Львів.
держ. ун-ту. Сер. Біологічна. — 2013. — Вип. 62. — С. 180—187.
16. Стржалка К., Костецка-Гугала А., Латовски Д. Каротиноиды растений и стрессовое
воздействие окружающей среды: роль модуляции физических свойств мембран кароти-
ноидами // Физиология растений. — 2003. — 50, № 2. — С. 188—193.
17. Таран Н.Ю. Адаптаційний синдром рослин в умовах посухи: Автореф. дис. … д-ра біол.
наук. — Київ, 2001. — 41 с.
18. Таран Н.Ю. Каротиноїди фотосинтетичних тканин за умов посухи // Физиология и
биохимия культ. растений. — 1999. — 31, № 6. — С. 414—422.
19. Чеботарьова Л.В., Поспелов С.В. Адаптивні зміни активності лектинів пшениці озимої
в умовах водного дефіциту та гіпертермії // Міжнар. наук.-практ. інтернет-конф. «Еко-
логія — основа збалансованого природокористування в агропромисловому вироб-
ництві». — 2013. — С. 244—247.
20. Шевніков М.Я. Особливості водоспоживання сої в умовах лівобережного Лісостепу Ук-
раїни // Вісн. Полтав. держ. аграр. акад. — 2006. — № 1. — С. 44—48.
21. Bauer P., Ratet P., Crespi M.D. et al. Nod-factors and cytokinins induce similar cortical cell
divisions, amiloplast deposition and MsENOD12A expression patterns in alfalfa roots // Plant
J. — 1996. — 10. — P. 91—105.
22. Bezrukova M., Kildibekova A., Shakirova F. WGA reduces the level of oxidative stress in wheat
seedlings under salinity // Plant Growth Regul. — 2008. — 54, N 3. — P. 195—201.
446
Л.И. ВЕСЕЛОВСКАЯ, С.Я. КОЦЬ
ISSN 2308-7099. Физиология растений и генетика. 2014. Т. 46. № 5
23. Cloete H., Arher E., Novello V., Hunter J.J. Shoot heterogeneity effects on Shiraz/Richter 99
grapevines. III. Leaf chlorophyll content // South Afr. J. Enol. Vitic. — 2008. — 29, N 1. —
P. 9—12.
24. Franche C., Lindstrom K., Elmerich C. Nitrogen-fixing bacteria associated with leguminous and
non-leguminous plants // Plant Soil. — 2009. — 321. — P. 35—59.
25. Hardy R.W.F., Holsten R.D., Jackson E.K., Burns R.C. The acetylene-ethylene assay for N2
fixation: laboratory and field evaluation // Plant Physiol. — 1968. — 43. — P. 1185—1207.
26. Kots S.Ya., Mykhalkiv L.M., Mamenko P.M., Volkogon M.V. The study of alfalfa-Sinorhizobium
meliloti symbiosis productivity under different water conditions and the influence of the legume
seed lectin // J. Agricult. Sci. and Technol. B 1. — 2011. — N 3. — P. 454—457.
27. Mody B., Mody V. Peanut agglutinin induced alterations in capsular and extracellular polysa-
ccharide synthesis and ex-planta nitrogenase activity of cowpea rhizobia // J. Biol. Sci. —
1997. — 12, N 3. — P. 289—296.
28. Wellburn A.R. The spectral determination of chlorophylls a and b, as well as total carotenoids,
using various solvents with spectrophotometers of different resolution // Plant Physiol. —
1994. — 144. — P. 307—313.
29. Witty J.F., Minchin F.R., Scot L., Sheehy J.E. Nitrogen fixation and oxygen in legume root
nodules // Oxford Surveys Plant Mol. Cell. Biol. — 1986. — 3. — P. 275—314.
Отримано 28.05.2014
ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБОВ ПРИМЕНЕНИЯ ЛЕКТИНА НА
СИМБИОТИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ СОЯ—BRADYRHIZOBIUM JAPONICUM,
СФОРМИРОВАННЫЕ В УСЛОВИЯХ ОПТИМАЛЬНОГО И НЕДОСТАТОЧНОГО
ВОДООБЕСПЕЧЕНИЯ
Л.И. Веселовская, С.Я. Коць
Институт физиологии растений и генетики Национальной академии наук Украины, Киев
Изучены особенности формирования надземной массы и содержание фотосинтетических
пигментов в растениях сои, инокулированной различными по активности штаммами
Bradyrhizobium japonicum, в условиях оптимального и недостаточного водообеспечения.
Исследована нодуляционная и ацетиленвосстанавливающая активность этих растительно-
микробных систем. Рассмотрена возможность использования экзогенного гомологическо-
го лектина как протектора симбиотических систем сои с клубеньковыми бактериями в ус-
ловиях неблагоприятного влияния засухи. Установлено, что использование этого белка
способствует повышению содержания фотосинтетических пигментов в листьях сои в сим-
биозе как с активным штаммом В. japonicum 634б, так и неактивным В. japonicum 604к, а
также нарастанию надземной массы растений при оптимальном и недостаточном водообе-
спечении, активирует процессы клубенькообразования и азотфиксации, повышает эффек-
тивность бобово-ризобиального симбиоза. При этом обработка семян белком оказывает
более выраженный стимулирующий эффект на процессы формирования и функциониро-
вания симбиоза, тогда как инкубация ризобий с лектином способствует повышению со-
держания фотосинтетических пигментов. Полученные данные свидетельствуют, что при-
менение гомологического лектина частично нивелирует негативное влияние засухи на
физиологическое состояние растений сои, при этом его эффект, вероятно, не ограничива-
ется воздействием на процесс симбиотической азотфиксации.
THE INFLUENCE OF DIFFERENT WAYS OF LECTIN APPLICATION ON THE
SYMBIOTIC SYSTEMS SOYBEAN— BRADYRHIZOBIUM JAPONICUM, FORMED
UNDER OPTIMAL AND INSUFFICIENT WATER SUPPLY CONDITIONS
L.I. Veselovska, S.Ya. Kots
Institute of Plant Physiology and Genetics, National Academy of Sciences of Ukraine
31/17 Vasylkivska St., Kyiv, 03022, Ukraine
The peculiarities of the aboveground mass forming and the photosynthetic pigment content in soy-
bean inoculated by the strains of Bradyrhizobium japonicum with different activity under optimal
and insufficient water supply were investigated. The nodule formation and the activity of ethylene
447
ВЛИЯНИЕ РАЗЛИЧНЫХ СПОСОБОВ ПРИМЕНЕНИЯ ЛЕКТИНА
ISSN 2308-7099. Физиология растений и генетика. 2014. Т. 46. № 5
reducing by these plant-microbial systems were studied. The possibility of use of the exogenous
homological lectin as protector of the symbiotic systems formed by soybean and nodule bacteria
under negative influence of drought was examined. The use of the protein stimulates the increase
of photosynthetic pigments content in the leaves of soybean and shoot growth in symbiosis with
active strain B. japonicum 634б as well as inactive strain B. japonicum 604к under optimal and
insufficient water supply. The lectin application also activates the processes of nodule formation
and nitrogen fixation, increases the efficiency of legume-rhizobium symbiosis. At the same time
the treatment of seeds by protein leads to the stimulation of both symbiosis formation and func-
tioning at the great extent whereas the incubation of rhizobia with lectin promotes the increase of
photosynthetic pigment contents. The results testify that the application of homological lectin
smoothes away negative influence of drought on physiological state of soybean plants, moreover,
it influences not only on the process of symbiotic nitrogen fixation.
Key words: Bradyrhizobium japonicum, soybean, lectin, nitrogen fixation, nodulation activity,
drought, carotenoids, chlorophyll a, chlorophyll b.
448
Л.И. ВЕСЕЛОВСКАЯ, С.Я. КОЦЬ
ISSN 2308-7099. Физиология растений и генетика. 2014. Т. 46. № 5
|