Особенности взимоотношений бактерий рода azospirillum с растениями картофеля, культивируемыми in vitro
Бактерии рода Azospirillum, интродуцированные в зону корней картофеля в культуре in vitro, вызывают интенсивное развитие растений. На корнях растений образуются псевдоклубеньки, не проявляющие нитрогеназной активности. Азоспириллы развиваются в клетках и межклетниках паренхимной ткани клубеньков. П...
Saved in:
| Date: | 2006 |
|---|---|
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного НАН України
2006
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/18643 |
| 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: | Особенности взимоотношений бактерий рода azospirillum с растениями картофеля, культивируемыми in vitro / В.В. Волкогон, С.Б. Димова, А.Е. Мамчур // Сільськогосподарська мікробіологія: Міжвід. темат. наук. зб. — Чернігів, 2006. — Вип. 3. — С. 19-25. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| _version_ | 1859800924758736896 |
|---|---|
| author | Волкогон, В.В. Димова, С.Б. Мамчур, А.Е. |
| author_facet | Волкогон, В.В. Димова, С.Б. Мамчур, А.Е. |
| citation_txt | Особенности взимоотношений бактерий рода azospirillum с растениями картофеля, культивируемыми in vitro / В.В. Волкогон, С.Б. Димова, А.Е. Мамчур // Сільськогосподарська мікробіологія: Міжвід. темат. наук. зб. — Чернігів, 2006. — Вип. 3. — С. 19-25. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. |
| collection | DSpace DC |
| description | Бактерии рода Azospirillum, интродуцированные в зону корней
картофеля в культуре in vitro, вызывают интенсивное развитие растений. На корнях растений образуются псевдоклубеньки, не проявляющие нитрогеназной активности. Азоспириллы развиваются в клетках и межклетниках паренхимной ткани клубеньков. При этом бактериальные клетки находятся в виде цист или симбиосом, характерных для бобово-ризобиальных симбиозов.
Бактерії роду Azospirillum, інтродуковані в зону коренів картоплі в
культурі in vitro, викликають інтенсивний розвиток рослин. На коренях утворюються псевдобульбочки, які не проявляють нітрогеназної активності. Азоспірили розвиваються в клітинах і міжклітинниках паренхимної тканини бульбочок. При цьому бактеріальні
клітини знаходяться у вигляді цист або симбіосом, характерних
для бобово-ризобіальних симбіозів.
Bacteria of Azospirillum genus, introduced into root zone of cultivated in
vitro potato plants, cause the intensive plant development. Paranodules,
observed on roots, do not reveal the nitrogenaze activity. Azospirillum
bacteria have been developed in cells and intercellular space of the nodule
parenchyma. Bacterial cells are as cysts and symbiosoms, typical
for the legume-rhizobial symbiosis.
|
| first_indexed | 2025-12-07T15:12:34Z |
| format | Article |
| fulltext |
18 19
УДК 579.663:754:539
ОСОБЕННОСТИ ВЗИМООТНОШЕНИЙ БАКТЕРИЙ
РОДА AZOSPIRILLUM С РАСТЕНИЯМИ КАРТОФЕЛЯ,
КУЛЬТИВИРУЕМЫМИ IN VITRO
Волкогон В.В., Димова С.Б., Мамчур А.Е.
Институт сельскохозяйственной микробиологии УААН
ул. Шевченко, 97, Чернигов, 14027, Украина
Бактерии рода Azospirillum, интродуцированные в зону корней
картофеля в культуре in vitro, вызывают интенсивное развитие
растений. На корнях растений образуются псевдоклубеньки, не
проявляющие нитрогеназной активности. Азоспириллы развива-
ются в клетках и межклетниках паренхимной ткани клубеньков.
При этом бактериальные клетки находятся в виде цист или сим-
биосом, характерных для бобово-ризобиальных симбиозов.
Ключевые слова: азоспириллы, картофель, псевдоклубеньки
Взаимоотношения бактерий рода Azospirillum с растениями изучают
во многих научных центрах. Одним из итогов этих исследований
является положение о том, что взаимодействие “Azospirillum
– корни растений” не выражено морфологически, однако при этом
существует очень тесная пространственная и функциональная связь
бактерий с рядом видов растений. По нашим наблюдениям, среди
видов растений, у которых исследовали реакцию на интродукцию
данных бактерий в корневую зону, определёнными особенностями
отличается картофель. Результаты изучения отдельных элементов
взаимоотношений азоспирилл с растениями картофеля положены в
основу настоящего сообщения.
Материалы и методы. Реакцию картофеля (Solanum
tuberosum L.) на бактеризацию азоспириллами изучали в культуре
in vitro. Опыты проводили в люминостате при интенсивности
освещения 20 тыс. люкс с фотопериодом 16 час. и температуре
26±2оС. Меристемные растения картофеля сорта Луговской
выращивали в стерильных условиях на слабоагаризованной
питательной среде Мурасиге-Скуга в соответствии с методическими
рекомендациями [1]. Через неделю после высаживания черенков
на питательную среду (в фазе начала укоренения) в пробирки
вносили по 0,1 мл суспензии бактерий рода Azospirillum (около 100
тыс. клеток), выращенных на жидкой среде BMS [2] в условиях
20 21
периодической культуры.
Использовали три штамма азоспирилл, выделенные нами
ранее из корней райграса пастбищного (Lolium perenne L):
A.brasilense шт. 410 и A.lipoferum шт. 4014, депонированные в
коллекции микроорганизмов ВНИИСХМ и в коллекции Института
сельськохозяйственной микробиологии УААН, а также A. lipoferum
шт. ЛС-3 из лабораторной коллекции.
По истечении 30 дней выращивания растений определяли
нитрогеназную активность бактерий в корневой зоне. Для этого
ватные пробки в пробирках заменяли резиновыми, вводили
ацетилен в количестве 10% объёма воздуха в пробирке и через
один час определяли активность ацетиленредукции на газовом
хроматографе “Chrom-4”.
После определения нитрогеназной активности изучали
взаимодействие микро-, и макроорганизмов на клеточном уровне
методом электронной микроскопии ультратонких срезов корневой
системы растений. Заливали образцы в ЭПОН-812. Ультратонкие
срезы получали на ультрамикротоме ВS 490-А “Tesla” и
просматривали в электронном микроскопе ВS 540 “Tesla”.
Результаты и их обсуждение. Бактериальная суспензия,
внесенная в пробирки с микрочеренками картофеля, вызвала
интенсивное развитие растений. Через две недели выращивания
в люминостате бактеризованные растения превышали по высоте
контрольные в 1,5-2 раза (табл.).
Окраска листьев инокулированных растений оставалась
интенсивно-зелёной до окончания эксперимента, в отличие от
контрольных, края листьев которых к этому времени начинали
желтеть. Отмечено усиленное развитие корневой системы
экспериментальных растений: размеры и масса их корней
превышали контрольные показатели в 2,1 – 2,5 раза (см. табл.).
Отличительной особенностью инокулированных растений
является также формирование клубенькоподобных образований на
корнях. Образование клубеньков индуцировалось всеми штаммами
азоспирилл, независимо от их видовых особенностей.
В литературе описано явление паранодуляции – образование
псевдоклубеньков (p-клубеньков) при обработке небобовых
растений определёнными индукторами (чаще 2,4-дихлорфенок-
сиуксусной кислотой, действующей в невысоких концентрациях
как ауксин) и параллельной инокуляции культурами диазотрофов
20 21
[3-5]. Образование p-клубеньков на корнях картофеля не описано.
Влияние бактеризации на развитие растений картофеля
сорта Луговской в культуре in vitro
Варианты
Высота
растений,
см
Масса абс. сухих
стеблей и листьев, мг
на 1 пробирку
Масса абс.
сухих корней,
мг на 1
пробирку
1 2 3 4
Контроль 5,3 24,4 9,1
A. lipoferum 4014 10,7 46,3 23,7
A. lipoferum ЛС-3 8,1 35,1 19,5
A. brasilense 410 10,1 43,0 25,3
НСР05 2,2 8,5 5,1
Проведенные нами цитологические исследования тканей
псевдоклубеньков позволили установить, что данные образования
являются, в основном, следствием увеличения размеров клеток,
а не усиления их деления. Эти изменения можно наблюдать в
световом микроскопе при 150-кратном увеличении.
Электронномикроскопические исследования ультратонких
срезов клубеньков показали, что местом локализации клеток
азоспирилл являются межклетники, а также живые растительные
клетки.
Изучение ультратонких срезов клубеньковой ткани в
поперечном сечении клубеньков демонстрирует инфицирование
бактериями в основном периферийных тканей.
Характерной особенностью клеток азоспирилл, населяющих
клубеньки, является то, что они находятся в цистообразной форме,
сходной с симбиосомами, характерными для бобово-ризобиального
симбиоза (рис.1 и 2).
На представленных рисунках отчётливо просматривается
осмиофобное пространство, достигающее 0,1 мкм, по внешнему
виду напоминающее перибактероидное пространство вокруг
бактероидов в клубеньках отдельных видов бобовых растений
(например, люпина), и осмиофильная оболочка, окружающая
бактериальную клетку вместе с участками осмиофобного
пространства, что характерно для симбиосом. На основании
только морфологических исследований нельзя с уверенностью
сказать, цисты это или симбиосомы. Не ясно также, почему
22 23
азоспириллы локализованы в клубеньках, особенно если учесть,
что микроаэрофильные условия для них созданы непосредственно
в слабоагаризованной среде для выращивания меристемных
растений. Очевидно, первостепенное значение в этом имеет
энергоснабжение и обеспечение углеродом, ассимилированным
растением в ходе процесса фотосинтеза.
Рис.1. Ультратонкий срез периферийной части р-клубенька
(бактерии локализованы в межклеточном пространстве)
а – растительная клеточная стенка; б – бактерии х 5000
Рис.2. Бактериальные клетки в межклетнике р-клубенька
а – осьмиофобное пространство; б – осьмиофильная оболочка
х 15000
22 23
Как известно, ассоциативные связи азоспирилл с корнями
ряда видов растений характеризуются высокой азотфиксирующей
активностью. Однако в наших опытах нитрогеназная активность
бактерий в корневой зоне растений не выявлена. Это вполне
объяснимо, если учесть, что количество азота, вносимого в
питательную среду Мурасиго-Скуге в соответствии с ее составом,
заведомо избыточно и полностью растениями не используется.
При этом избыточное содержание минерального азота будет
ингибировать синтез азотфиксирующего ферментного комплекса.
В связи с этим можно говорить об особой форме взаимосвязи
азоспирилл с растениями картофеля, которая не затрагивает
функционирование нитрогеназы. Первостепенное значение
при этом, вероятно, имеют бактериальные стимуляторы роста
(или иные биологически активные вещества), обеспечивающие
растению комфортное существование in vitro. Об этом может
свидетельствовать как усиленное корнеобразование и развитие
стеблей, так и интенсивность окраски, а также поддержание
растения в жизнеспособном состоянии длительное время.
Очевидно, в данном случае можно говорить, что взаимоотношения
между азоспириллами и растениями картофеля имеют гормонально-
энергетический характер.
В связи с этим уместно напомнить, что ряд исследователей
считает основной функцией азоспирилл в условиях ассоциативного
симбиоза не фиксацию атмосферного азота, а продуцирование
ростстимулирующих веществ. Показательны в этом опыты
И. Башана и соавт. [6] с бактеризацией спириллами растений
томатов. Авторы отмечают усиленный рост бактеризованных
растений, а также отсутствие азотфиксации в корневой зоне,
и на основании полученных результатов делают вывод о
продуцировании гормонов роста как главной функции изучаемых
бактерий. На наш взгляд, такая трактовка всё же односторонняя.
Если основываться только на результатах вышеописанных опытов
с картофелем, то напрашивается вывод, аналогичный сделанному
вышеупомянутыми авторами. Однако, изучавшиеся в опытах
штаммы азоспирилл активно фиксируют атмосферный азот в чистой
культуре, а представители A.lipoferum шт.4014 и ЛС-3 способны
образовывать с корнями райграса пастбищного тесные ассоциации,
отличающиеся высокой азотфиксирующей активностью [7].
Следовательно, не отрицая значения азоспирилл как продуцентов
24 25
фитогормонов, можно говорить либо о доминировании той или
иной функции бактерий в зависимости от экологической ситуации,
либо о специфичности взаимодействия бактерий с различными
видами растений.
Таким образом, при интродукции азоспирилл в зону корней
картофеля в культуре in vitro формируется эндосимбиотическая связь
на клеточном уровне между корнями картофеля и бактериями, что
проявляется морфологически, цитологически и физиологически.
Полученные результаты служат не только иллюстрацией
полифункциональности воздействия бактерий рода Azospirillum на
растение. Они интересны и с практической точки зрения: отработка
в деталях способа выращивания бактеризованных меристемных
растений позволит обеспечить ускоренное размножение сорта
и, надо полагать, лучшее укоренение и развитие растений при
высадке их в почву. При этом полученные растения картофеля
могут иметь повышенную устойчивость к фитопатогенным
микроорганизмам, поскольку они подготовлены к высадке в почву
не в асептических условиях, как это предусматривает технология
микроклонального размножения, а в условиях взаимодействия с
полезными бактериями. Перспективы использования полезной
микрофлоры в технологиях размножения растений вполне реальны,
если исходить из логики «заполнения ниши» для микроорганизмов
до высадки в агрессивную для ювенильных растений природную
среду обитания.
1. Технология производства исходного безвирусного
материала картофеля методом культуры меристемы для первичного
семеноводства в УССР / Методические рекомендации. – Немешаево,
1975. – 8 с.
2. Методы общей бактериологии / Ф. Герхардт, Р.Г.И. Мюррей,
Р.Н. Костилоу и др.; Пер. с англ. под ред. Кондратьевой Е.А.,
Калакуцкого Л.В. – М.: Мир, 1984. – Т.3. – 264 с.
3. Глаголева О.Б., Ковальская Н.Ю., Киреев И.И. и др.
Паранодуляция рапса при инокуляции азот-фиксирующими
ризосферными бактериями // Микробиология. – 1997. – Т.66, No 4.
– С.545-552.
4. Chen W., Xie Y., Chen T. Studios on para-nodulation of
wheat and nitrogen fixation // Nitrogen Fixation: Fundamentals and
Applications / Ed. I.A. Tikhonovich. – Kluwer Academic Publisher,
24 25
1995. - P.782.
5. Tchan Y.T., Kennedy I.R. Possible N2 – fixing root nodules
induced in non-legumes // Agric. Sci. (AIAS, Melbourne). – 1989.
– No2. – P.57 – 59.
6. Bashan Y., Singh M., Levanony H. Contribution of
Azospirillum brasilense Cd to growth of tomato seedlings is not through
nitrogen fixation // Can. J. Bot. – 1989. – Vol.67, No8. – C.2429 - 2434.
7. Волкогон В.В., Хальчицкий А.Е., Миняйло В.Г. и др.
Азотфиксирующие микроорганизмы корневой зоны райграса
пастбищного и костреца безостого // Микробиол. журн. – 1991.
– Т.53, No6. – С.3-8.
ОСОБЛИВОСТІ ВЗАЄМОВІДНОСИН БАКТЕРІЙ РОДУ
AZOSPIRILLUM З РОСЛИНАМИ КАРТОПЛІ,
ЯКІ КУЛЬТИВУЮТЬСЯ IN VITRO
Волкогон В.В., Димова С.Б., Мамчур О.Є.
Інститут сільськогосподарської мікробіології УААН, м. Чернігів
Бактерії роду Azospirillum, інтродуковані в зону коренів картоплі в
культурі in vitro, викликають інтенсивний розвиток рослин. На ко-
ренях утворюються псевдобульбочки, які не проявляють нітроге-
назної активності. Азоспірили розвиваються в клітинах і міжклі-
тинниках паренхимної тканини бульбочок. При цьому бактеріальні
клітини знаходяться у вигляді цист або симбіосом, характерних
для бобово-ризобіальних симбіозів.
Ключові слова: азоспірили, картопля, псевдобульбочки.
INTERACTION PECULIARITIES OF AZOSPIRILLUM GENUS
BACTERIA WITH CULTIVATED IN VITRO POTATO PLANTS
Volkogon V.V., Dimova S.B., Mamchur O.E.
Institute of Agricultural Microbiology, UAAS, Chernihiv
Bacteria of Azospirillum genus, introduced into root zone of cultivated in
vitro potato plants, cause the intensive plant development. Paranodules,
observed on roots, do not reveal the nitrogenaze activity. Azospirillum
bacteria have been developed in cells and intercellular space of the no-
dule parenchyma. Bacterial cells are as cysts and symbiosoms, typical
for the legume-rhizobial symbiosis.
Key words: Azospirillum bacteria, paranodules, potato plant in vitro
Titul_1.pdf
Page 1
|
| id | nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-18643 |
| institution | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| issn | 1997-3004 |
| language | Russian |
| last_indexed | 2025-12-07T15:12:34Z |
| publishDate | 2006 |
| publisher | Інститут мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного НАН України |
| record_format | dspace |
| spelling | Волкогон, В.В. Димова, С.Б. Мамчур, А.Е. 2011-04-06T20:44:45Z 2011-04-06T20:44:45Z 2006 Особенности взимоотношений бактерий рода azospirillum с растениями картофеля, культивируемыми in vitro / В.В. Волкогон, С.Б. Димова, А.Е. Мамчур // Сільськогосподарська мікробіологія: Міжвід. темат. наук. зб. — Чернігів, 2006. — Вип. 3. — С. 19-25. — Бібліогр.: 7 назв. — рос. 1997-3004 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/18643 579.663:754:539 Бактерии рода Azospirillum, интродуцированные в зону корней картофеля в культуре in vitro, вызывают интенсивное развитие растений. На корнях растений образуются псевдоклубеньки, не проявляющие нитрогеназной активности. Азоспириллы развиваются в клетках и межклетниках паренхимной ткани клубеньков. При этом бактериальные клетки находятся в виде цист или симбиосом, характерных для бобово-ризобиальных симбиозов. Бактерії роду Azospirillum, інтродуковані в зону коренів картоплі в культурі in vitro, викликають інтенсивний розвиток рослин. На коренях утворюються псевдобульбочки, які не проявляють нітрогеназної активності. Азоспірили розвиваються в клітинах і міжклітинниках паренхимної тканини бульбочок. При цьому бактеріальні клітини знаходяться у вигляді цист або симбіосом, характерних для бобово-ризобіальних симбіозів. Bacteria of Azospirillum genus, introduced into root zone of cultivated in vitro potato plants, cause the intensive plant development. Paranodules, observed on roots, do not reveal the nitrogenaze activity. Azospirillum bacteria have been developed in cells and intercellular space of the nodule parenchyma. Bacterial cells are as cysts and symbiosoms, typical for the legume-rhizobial symbiosis. ru Інститут мікробіології і вірусології ім. Д.К. Заболотного НАН України Ґрунтова мікробіологія Особенности взимоотношений бактерий рода azospirillum с растениями картофеля, культивируемыми in vitro Особливості взаємовідносин бактерій роду azospirillum з рослинами картоплі, які культивуються in vitro Interaction peculiarities of azospirillum genus bacteria with cultivated in vitro potato plants Article published earlier |
| spellingShingle | Особенности взимоотношений бактерий рода azospirillum с растениями картофеля, культивируемыми in vitro Волкогон, В.В. Димова, С.Б. Мамчур, А.Е. Ґрунтова мікробіологія |
| title | Особенности взимоотношений бактерий рода azospirillum с растениями картофеля, культивируемыми in vitro |
| title_alt | Особливості взаємовідносин бактерій роду azospirillum з рослинами картоплі, які культивуються in vitro Interaction peculiarities of azospirillum genus bacteria with cultivated in vitro potato plants |
| title_full | Особенности взимоотношений бактерий рода azospirillum с растениями картофеля, культивируемыми in vitro |
| title_fullStr | Особенности взимоотношений бактерий рода azospirillum с растениями картофеля, культивируемыми in vitro |
| title_full_unstemmed | Особенности взимоотношений бактерий рода azospirillum с растениями картофеля, культивируемыми in vitro |
| title_short | Особенности взимоотношений бактерий рода azospirillum с растениями картофеля, культивируемыми in vitro |
| title_sort | особенности взимоотношений бактерий рода azospirillum с растениями картофеля, культивируемыми in vitro |
| topic | Ґрунтова мікробіологія |
| topic_facet | Ґрунтова мікробіологія |
| url | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/18643 |
| work_keys_str_mv | AT volkogonvv osobennostivzimootnošeniibakteriirodaazospirillumsrasteniâmikartofelâkulʹtiviruemymiinvitro AT dimovasb osobennostivzimootnošeniibakteriirodaazospirillumsrasteniâmikartofelâkulʹtiviruemymiinvitro AT mamčurae osobennostivzimootnošeniibakteriirodaazospirillumsrasteniâmikartofelâkulʹtiviruemymiinvitro AT volkogonvv osoblivostívzaêmovídnosinbakteríiroduazospirillumzroslinamikartoplíâkíkulʹtivuûtʹsâinvitro AT dimovasb osoblivostívzaêmovídnosinbakteríiroduazospirillumzroslinamikartoplíâkíkulʹtivuûtʹsâinvitro AT mamčurae osoblivostívzaêmovídnosinbakteríiroduazospirillumzroslinamikartoplíâkíkulʹtivuûtʹsâinvitro AT volkogonvv interactionpeculiaritiesofazospirillumgenusbacteriawithcultivatedinvitropotatoplants AT dimovasb interactionpeculiaritiesofazospirillumgenusbacteriawithcultivatedinvitropotatoplants AT mamčurae interactionpeculiaritiesofazospirillumgenusbacteriawithcultivatedinvitropotatoplants |