Баланс ІОК та зеатину в рослинах сої за інокуляції насіння різними штамами й мутантами Bradyrhizobium japonicum
Показано зміну вмісту IОК та зеатину в рослинах сої Glycine max (L.) Merr. за умов інокуляції штамами й Tn5-мутантами Bradyrhizobium japonicum із різними симбіотичними характеристиками. Зазначено тісний зворотний зв’язок між вмістом IОК і нітрогеназною активністю бульбочок. Показано, що зміна вмісту...
Збережено в:
| Опубліковано в: : | Физиология и биохимия культурных растений |
|---|---|
| Дата: | 2009 |
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Ukrainian |
| Опубліковано: |
Iнститут фізіології рослин і генетики НАН України
2009
|
| Онлайн доступ: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/30293 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Цитувати: | Баланс ІОК та зеатину в рослинах сої за інокуляції насіння різними штамами й мутантами Bradyrhizobium japonicum / М.В. Волкогон, П.М. Маменко, С.Я. Коць // Физиология и биохимия культурных растений. — 2009. — Т. 41, № 5. — С. 408-416. — Бібліогр.: 28 назв. — укр. |
Репозитарії
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-30293 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Волкогон, М.В. Маменко, П.М. Коць, С.Я. 2012-01-28T17:32:32Z 2012-01-28T17:32:32Z 2009 Баланс ІОК та зеатину в рослинах сої за інокуляції насіння різними штамами й мутантами Bradyrhizobium japonicum / М.В. Волкогон, П.М. Маменко, С.Я. Коць // Физиология и биохимия культурных растений. — 2009. — Т. 41, № 5. — С. 408-416. — Бібліогр.: 28 назв. — укр. 0522-9310 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/30293 581.557:577.175.1 Показано зміну вмісту IОК та зеатину в рослинах сої Glycine max (L.) Merr. за умов інокуляції штамами й Tn5-мутантами Bradyrhizobium japonicum із різними симбіотичними характеристиками. Зазначено тісний зворотний зв’язок між вмістом IОК і нітрогеназною активністю бульбочок. Показано, що зміна вмісту зеатину в бульбочках прямо залежить від їхньої азотфіксувальної активності та накопичення маси рослинами. Зроблено висновок щодо перспективності вивчення ролі фітогормонів у процесах біологічної фіксації азоту за розширення спектра досліджуваних сполук, які виявляють фітогормональну активність. Показано изменение содержания ИУК и зеатина в растениях сои Glycine max (L.) Merr. при инокуляции штаммами и Tn5-мутантами Bradyrhizobium japonicum с различными симбиотическими характеристиками. Отмечена тесная обратная связь между содержанием ИУК и нитрогеназной активностью клубеньков. Показано, что изменение содержания зеатина в клубеньках прямо зависит от их азотфиксирующей активности и накопления биомассы растениями. Сделан вывод о перспективности изучения роли фитогормонов в процессах биологической фиксации азота при расширении спектра исследуемых соединений, проявляющих фитогормональную активность. The changes in IAA and zeatin content in soybean plants Glycine max (L.) Merr. under the inoculation with strains and Tn5-mutants of Bradyrhizobium japonicum with various symbiotic characteristics were studied. The close reverse relationship between IAA content and nitrogenase activity was revealed. It was shown that changes in zeatin contents in nodules directly depend on their nitrogen fixing activity and accumulation of plants’ biomass. The conclusion on perceptiveness of further investigation of plant hormones role in biological nitrogen fixation at broadening of studied phytohormonal substances was made. uk Iнститут фізіології рослин і генетики НАН України Физиология и биохимия культурных растений Баланс ІОК та зеатину в рослинах сої за інокуляції насіння різними штамами й мутантами Bradyrhizobium japonicum Баланс ИУК и зеатина в растениях сои при инокуляции семян различными штаммами и мутантами Bradyrhizobium japonicum IAA and zeatin balance in soybean plants under seeds inoculation with various strains and mutants of Bradyrhizobium japonicum Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Баланс ІОК та зеатину в рослинах сої за інокуляції насіння різними штамами й мутантами Bradyrhizobium japonicum |
| spellingShingle |
Баланс ІОК та зеатину в рослинах сої за інокуляції насіння різними штамами й мутантами Bradyrhizobium japonicum Волкогон, М.В. Маменко, П.М. Коць, С.Я. |
| title_short |
Баланс ІОК та зеатину в рослинах сої за інокуляції насіння різними штамами й мутантами Bradyrhizobium japonicum |
| title_full |
Баланс ІОК та зеатину в рослинах сої за інокуляції насіння різними штамами й мутантами Bradyrhizobium japonicum |
| title_fullStr |
Баланс ІОК та зеатину в рослинах сої за інокуляції насіння різними штамами й мутантами Bradyrhizobium japonicum |
| title_full_unstemmed |
Баланс ІОК та зеатину в рослинах сої за інокуляції насіння різними штамами й мутантами Bradyrhizobium japonicum |
| title_sort |
баланс іок та зеатину в рослинах сої за інокуляції насіння різними штамами й мутантами bradyrhizobium japonicum |
| author |
Волкогон, М.В. Маменко, П.М. Коць, С.Я. |
| author_facet |
Волкогон, М.В. Маменко, П.М. Коць, С.Я. |
| publishDate |
2009 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Физиология и биохимия культурных растений |
| publisher |
Iнститут фізіології рослин і генетики НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Баланс ИУК и зеатина в растениях сои при инокуляции семян различными штаммами и мутантами Bradyrhizobium japonicum IAA and zeatin balance in soybean plants under seeds inoculation with various strains and mutants of Bradyrhizobium japonicum |
| description |
Показано зміну вмісту IОК та зеатину в рослинах сої Glycine max (L.) Merr. за умов інокуляції штамами й Tn5-мутантами Bradyrhizobium japonicum із різними симбіотичними характеристиками. Зазначено тісний зворотний зв’язок між вмістом IОК і нітрогеназною активністю бульбочок. Показано, що зміна вмісту зеатину в бульбочках прямо залежить від їхньої азотфіксувальної активності та накопичення маси рослинами. Зроблено висновок щодо перспективності вивчення ролі фітогормонів у процесах біологічної фіксації азоту за розширення спектра досліджуваних сполук, які виявляють фітогормональну активність.
Показано изменение содержания ИУК и зеатина в растениях сои Glycine max (L.) Merr. при инокуляции штаммами и Tn5-мутантами Bradyrhizobium japonicum с различными симбиотическими характеристиками. Отмечена тесная обратная связь между содержанием ИУК и нитрогеназной активностью клубеньков. Показано, что изменение содержания зеатина в клубеньках прямо зависит от их азотфиксирующей активности и накопления биомассы растениями. Сделан вывод о перспективности изучения роли фитогормонов в процессах биологической фиксации азота при расширении спектра исследуемых соединений, проявляющих фитогормональную активность.
The changes in IAA and zeatin content in soybean plants Glycine max (L.) Merr. under the inoculation with strains and Tn5-mutants of Bradyrhizobium japonicum with various symbiotic characteristics were studied. The close reverse relationship between IAA content and nitrogenase activity was revealed. It was shown that changes in zeatin contents in nodules directly depend on their nitrogen fixing activity and accumulation of plants’ biomass. The conclusion on perceptiveness of further investigation of plant hormones role in biological nitrogen fixation at broadening of studied phytohormonal substances was made.
|
| issn |
0522-9310 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/30293 |
| citation_txt |
Баланс ІОК та зеатину в рослинах сої за інокуляції насіння різними штамами й мутантами Bradyrhizobium japonicum / М.В. Волкогон, П.М. Маменко, С.Я. Коць // Физиология и биохимия культурных растений. — 2009. — Т. 41, № 5. — С. 408-416. — Бібліогр.: 28 назв. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT volkogonmv balansíoktazeatinuvroslinahsoízaínokulâcíínasínnâríznimištamamiimutantamibradyrhizobiumjaponicum AT mamenkopm balansíoktazeatinuvroslinahsoízaínokulâcíínasínnâríznimištamamiimutantamibradyrhizobiumjaponicum AT kocʹsâ balansíoktazeatinuvroslinahsoízaínokulâcíínasínnâríznimištamamiimutantamibradyrhizobiumjaponicum AT volkogonmv balansiukizeatinavrasteniâhsoipriinokulâciisemânrazličnymištammamiimutantamibradyrhizobiumjaponicum AT mamenkopm balansiukizeatinavrasteniâhsoipriinokulâciisemânrazličnymištammamiimutantamibradyrhizobiumjaponicum AT kocʹsâ balansiukizeatinavrasteniâhsoipriinokulâciisemânrazličnymištammamiimutantamibradyrhizobiumjaponicum AT volkogonmv iaaandzeatinbalanceinsoybeanplantsunderseedsinoculationwithvariousstrainsandmutantsofbradyrhizobiumjaponicum AT mamenkopm iaaandzeatinbalanceinsoybeanplantsunderseedsinoculationwithvariousstrainsandmutantsofbradyrhizobiumjaponicum AT kocʹsâ iaaandzeatinbalanceinsoybeanplantsunderseedsinoculationwithvariousstrainsandmutantsofbradyrhizobiumjaponicum |
| first_indexed |
2025-11-25T22:49:42Z |
| last_indexed |
2025-11-25T22:49:42Z |
| _version_ |
1850574578750849024 |
| fulltext |
ФИЗИОЛОГИЯ И БИОХИМИЯ КУЛЬТ. РАСТЕНИЙ. 2009. Т. 41. № 5
УДК 581.557:577.175.1
БАЛАНС IОК ТА ЗЕАТИНУ В РОСЛИНАХ СОЇ ЗА IНОКУЛЯЦIЇ
НАСIННЯ РIЗНИМИ ШТАМАМИ Й МУТАНТАМИ
BRADYRHIZOBIUM JAPONICUM
М.В. ВОЛКОГОН, П.М. МАМЕНКО, С.Я. КОЦЬ
Iнститут фізіології рослин і генетики Національної академії наук України
03022 Київ, вул. Васильківська, 31/17
Показано зміну вмісту IОК та зеатину в рослинах сої Glycine max (L.) Merr. за
умов інокуляції штамами й Tn5-мутантами Bradyrhizobium japonicum із різними
симбіотичними характеристиками. Зазначено тісний зворотний зв’язок між вміс-
том IОК і нітрогеназною активністю бульбочок. Показано, що зміна вмісту зеа-
тину в бульбочках прямо залежить від їхньої азотфіксувальної активності та на-
копичення маси рослинами. Зроблено висновок щодо перспективності вивчення
ролі фітогормонів у процесах біологічної фіксації азоту за розширення спектра
досліджуваних сполук, які виявляють фітогормональну активність.
Ключові слова: Glycine max (L.) Merr., Bradyrhizobium japonicum, фітогормони,
азотфіксація, симбіоз, Tn5-мутанти.
Як відомо, рослини родини бобових здатні утворювати симбіотичні сис-
теми з азотфіксувальними ризобіальними мікроорганізмами. Формуван-
ня симбіотичного апарату є складним багатоступінчастим процесом,
контрольованим на різних рівнях організації рослин і мікроорганізмів [2,
9, 21, 22, 27, 28]. Ключовою ланкою мікробно-рослинної взаємодії є ут-
ворення унікальних органів на коренях рослин — бульбочок, де ство-
рюються необхідні умови для фіксації молекулярного азоту [3, 21, 28].
Специфічність взаємодії і, як було показано низкою досліджень [1, 26],
складна структура кореневих бульбочок потребують високого ступеня
регуляції біохімічних процесів, в якій певне місце належить фітогормо-
нам. Здатність синтезувати ці сполуки — одна з головних характеристик
ризосферних, епіфітних та симбіотичних бактерій [12, 18]. У рослинах
фітогормони діють послідовно обумовлюючи збалансований перебіг
процесів росту і розвитку, що забезпечується синхронним функціону-
ванням біохімічних механізмів [7]. Однак дані щодо механізмів фітогор-
мональної регуляції симбіотичних взаємовідносин бобових рослин і
бульбочкових бактерій здебільшого мають фрагментарний характер,
потребують уточнень та систематизації. Розумінню специфіки фітогор-
мональної реакції рослин на інокуляцію можуть сприяти дослідження з
використанням ризобій зі зміненими культурально-біохімічними і сим-
біотичними ознаками [5, 11, 27].
Особливості взаємодії бактерій з рослиною за участю фітогормонів
потребують всебічного дослідження і з практичного погляду. Біологічно
активні речовини (у тім числі фітогормони) розглядаються як чинники
формування і функціонування системи ґрунт—мікроорганізми—росли-
© М.В. ВОЛКОГОН, П.М. МАМЕНКО, С.Я. КОЦЬ, 2009
408
на, їх запропоновано враховувати під час розробки і впровадження но-
вих підходів до керування продукційним процесом зернових і бобових
культур [3, 4, 14, 18]. Нез’ясованим залишається питання щодо можли-
вості й доцільності комплексного застосування біологічно активних ре-
човин і нових активних штамів бульбочкових бактерій, у тім числі їх
Tn5-мутантів, які сприяють максимальному прояву азотфіксувального
потенціалу бобових [5, 11, 20, 27].
Метою наших досліджень було встановлення зміни балансу фіто-
гормонів ауксинової та цитокінінової природи в органах рослин сої за
інокуляції штамами й Tn5-мутантами Bradyrhizobium japonicum різної ак-
тивності, визначення зв’язку між вірулентністю штамів, нітрогеназною
активністю кореневих бульбочок, ефективністю симбіозу і вмістом фіто-
гормонів.
Методика
Дослідження проводили з рослинами сої (Glycine max (L.) Merr.) сорту
Мар’яна (селекція Iнституту фізіології рослин і генетики НАН Ук-
раїни — IФРГ, Селекційно-генетичного інституту та Iнституту землероб-
ства УААН), інокульованими різними за ефективністю штамами В. japo-
nicum 646 (вихідний штам, високоактивний), 604к (неактивний) та
Tn5-мутантами штаму 646: 21-2 (активний), 9-1 (активний), 107 (мало-
активний), 113 (малоактивний) із музейної колекції азотфіксувальних
мікроорганізмів відділу симбіотичної азотфіксації IФРГ [11].
Рослини сої вирощували в умовах вегетаційного досліду в 16-кіло-
грамових посудинах Вагнера на промитому річковому піску вологістю 60
% ПВ за природного освітлення. Джерело мінерального живлення — по-
живна суміш Гельрігеля, збагачена мікроелементами молібденом, бором,
манганом і міддю та збіднена на азот — 0,2 норми (1 норма азоту від-
повідає 708 мг Са(NO3)2 · 4H2O на 1 кг субстрату) [5].
Перед висіванням простерилізоване 70 %-м етанолом і промите під
проточною водою протягом 1 год насіння інокулювали суспензіями
бульбочкових бактерій різної ефективності, концентрація бактерій ста-
новила 107 клітин в 1 мл. Рослини для аналізів відбирали на початку
формування їхнього симбіотичного апарату (15-та доба після появи схо-
дів) та під час його активного функціонування (35-та доба після появи
сходів).
Вміст фітогормонів визначали методом кількісної спектроденсито-
метричної тонкошарової хроматографії [13]. Для цього фітогормони з
рослинної наважки екстрагували 96 %-м етанолом, екстракт випарювали
на ротаційному випарнику (НЕIDOLPH Laboporta 4000 efficient, Німеч-
чина) і повторно розчиняли в 1,5 мл спирту. Екстракт очищали хрома-
тографуванням на пластинках «Сорбфіл ПТСХ-АФ-А-УФ» (Росія) в
різних системах розчинників: хлороформі (Rf = 0), 12,5 %-му розчині
аміаку (Rf = 1), етилацетаті : оцтовій кислоті (19:1). Після очищення зо-
ни, що збігалися за Rf із нанесеними раніше стандартами фітогормонів,
знімали й елюювали: зеатин — спиртом, IОК — етилацетатом. Елюат
IОК рехроматографували на пластинках, вкритих оксидом силіцію
(«Merck» № 105554, Німеччина), у системі розчинників хлороформ —
етилацетат — оцтова кислота (100:100:1), елюат зеатину — на пластин-
ках, вкритих оксидом алюмінію («Merck» № 105550, Німеччина), у сис-
темі розчинників хлороформ — оцтова кислота (19:1). Кількісне детек-
409
БАЛАНС ИУК И ЗЕАТИНА В РАСТЕНИЯХ СОИ ПРИ ИНОКУЛЯЦИИ
Физиология и биохимия культ. растений. 2009. Т. 41. № 5
тування фітогормонів здійснювали сканувальним спектроденситометром
«Camag TLC Scanner» (Швейцарія).
Активність процесу азотфіксації визначали ацетиленовим методом
[23]. Корені з бульбочками вміщували в скляні флакони, що герметично
закривалися, місткістю 75 см3, в яких створювали 10 %-ву концентрацію
ацетилену. Тривалість інкубації — 1 год. Після експозиції газову суміш,
яка містила етилен, що виділився в результаті редукції ацетилену нітро-
геназою, аналізували на газовому хроматографі «Agilent GC system 6850»
(США) з полуменево-іонізаційним детектором. Гази розділяли на ко-
лонці («Supelco Porapak N») за температури термостата 55 °С, детекто-
ра — 150 °С. Газом-носієм слугував гелій (20 мл/хв). Об’єм аналізованої
проби газової суміші становив 1 см3. Як стандарт застосовували чистий
етилен («Sigma-Aldrich» № 536164, США).
Експериментальні дані оброблені статистично методом диспер-
сійного аналізу за Доспєховим [8] із використанням комп’ютера і залу-
ченням пакетів спеціальних програм Microsoft Excel’03 та Statgraphics
Plus 3.0.
Результати та обговорення
Процес становлення бобово-ризобіального симбіозу охоплює низку по-
слідовних етапів — від адсорбції бактеріальних клітин на поверхні коре-
невих волосків та інфікування до утворення особливих симбіотичних
форм — бактероїдів. У зрілих бактероїдах синтезується складний фер-
ментний комплекс — нітрогеназа, який каталізує процес відновлення
молекулярного азоту атмосфери [10]. Слід наголосити, що рослина-
хазяїн, утворюючи спеціалізовані структури — бульбочки, здатна істотно
впливати на чисельність і фізіологічну активність бульбочкових бакте-
рій; це виявляється на всіх етапах становлення симбіотичних відносин
[9, 28].
З огляду на відсутність бульбочок на коренях рослин і нітрогеназ-
ної активності на 15-ту добу після сходів, для характеристики симбіотич-
них систем сої — B. japonicum ми зосереджувались на даних, отриманих
на 35-ту добу (табл. 1). Найвищу нодуляційну активність мав штам
410
Н.В. ВОЛКОГОН, П.Н. МАМЕНКО, С.Я. КОЦЬ
Физиология и биохимия культ. растений. 2009. Т. 41. № 5
ТАБЛИЦЯ 1. Маса, кількість та нітрогеназна активність бульбочок сої за інокуляції різними
за ефективністю штамами й Tn5-мутантами B. japonicum (35-та доба після появи сходів)
Варіант
Кількість
бульбочок,
шт./рослину
Маса бульбочок,
мг/рослину
Нітрогеназна активність,
мкмоль С2Н4/(рослину · год)
Контроль (без інокуляції) — — —
Iнокуляція
Штам B. japonicum 646 76,7 ± 7,7 0,68 ± 0,05 4,60 ± 0,12
Штам B. japonicum 604к 149,3 ± 10,4* 0,53 ± 0,05 0,002 ± 0,00*
Tn5-мутант 21-2 56,3 ± 1,8 0,53 ± 0,06 4,92 ± 0,45
Tn5-мутант 9-1 63,7 ± 6,7 0,63 ± 0,12 3,42 ± 0,15*
Tn5-мутант 107 64,0 ± 8,6 0,46 ± 0,04* 1,93 ± 0,26*
Tn5-мутант 113 55,3 ± 6,0 0,58 ± 0,04 1,08 ± 0,17*
НIР0,5 22,7 0,19 0,72
*Статистично вірогідна різниця порівняно з інокуляцією штамом B. japonicum 646.
B. japonicum 604к, хоча маса сформованих за його участю бульбочок бу-
ла меншою, ніж у варіанті з виробничим штамом B. japonicum 646. Tn5-
мутанти останнього як високо-, так і малоактивні, за показником маси
бульбочок були менш ефективними або на рівні вихідного штаму.
Щодо азотфіксувальної активності соєво-ризобіальних симбіотич-
них систем встановлено значну перевагу вихідного штаму B. japonicum
646 та його активного Tn5-мутанта 21-2 над малоактивними Tn5-мутан-
тами цього штаму 107 і 113 (див. табл. 1). Рослини, інокульовані штамом
B. japonicum 604к, практично не фіксували атмосферного азоту, хоча ма-
ли велику кількість кореневих бульбочок.
На 15-ту добу після появи сходів істотних відмін між варіантами
досліду за показником маси рослин сої не зафіксовано, що цілком зако-
номірно в контрольованих вегетаційних умовах за ще несформованого
симбіотичного апарату. Ефективність інокуляції сої ризобіями підтверд-
жена на 35-ту добу — надземна маса рослин, інокульованих активним
штамом B. japonicum 646 та його Tn5-мутантами 9-1 і 21-2, перевищува-
ла контроль на 40—80 % (табл. 2). Водночас різниця за масою коренів
залишалась невірогідною.
Дослідженнями зміни фітогормонального балансу рослин сої, іно-
кульованих різними за ефективністю штамами й Tn5-мутантами B. japo-
nicum, на ранніх етапах онтогенезу виявлено низку закономірностей
(рис. 1, 2).
Так, у коренях рослин сої на 15-ту добу після появи сходів аукси-
нова активність була в 1,5—2 рази вищою в разі використання активних
мутантів 9-1, 21-2 та неактивного штаму 604к (1,79—2,19 мкг/г сирої ре-
човини) порівняно з вихідним штамом B. japonicum 646, малоактивними
Tn5-мутантами 107 і 113 та варіантом без інокуляції (контроль) (1,01—
1,79 мкг/г сирої речовини) (див. рис. 1). На 35-ту добу після появи
сходів вміст IОК у коренях рослин сої збільшувався у всіх дослідних
варіантах. Рослини, інокульовані активними мутантами штаму B. japon-
icum 646 9-1 та 21-2, характеризувались найвищим вмістом ауксинів у
коренях (відповідно 6,24 і 8,24 мкг/г сирої речовини). Вміст IОК у ко-
411
БАЛАНС ИУК И ЗЕАТИНА В РАСТЕНИЯХ СОИ ПРИ ИНОКУЛЯЦИИ
Физиология и биохимия культ. растений. 2009. Т. 41. № 5
ТАБЛИЦЯ 2. Накопичення надземної та кореневої маси рослинами сої, інокульованими
різними за ефективністю штамами й Tn5-мутантами B. japonicum
Доба після появи сходів
15-та 35-таВаріант
Надземна
маса, г Маса кореня, г Надземна
маса, г Маса кореня, г
Контроль (без інокуляції) 3,27 ± 0,23 2,29 ± 0,10 6,34 ± 0,38 6,22 ± 0,53
Iнокуляція
Штам B. japonicum 646 3,15 ± 0,19 2,39 ± 0,07 9,82 ± 1,38* 7,82 ± 0,44
Штам B. japonicum 604к 3,62 ± 0,21 2,54 ± 0,12 6,51 ± 0,47 5,68 ± 0,46
Tn5-мутант 21-2 3,26 ± 0,12 2,05 ± 0,09 9,25 ± 0,34* 5,91 ± 0,58
Tn5-мутант 9-1 3,68 ± 0,06 2,15 ± 0,03* 11,49 ± 0,54* 7,20 ± 0,76
Tn5-мутант 107 3,14 ± 0,26 2,62 ± 0,14 7,42 ± 0,53 5,37 ± 0,62
Tn5-мутант 113 3,49 ± 0,17 2,33 ± 0,20* 7,38 ± 0,32 6,73 ± 0,24
НIР0,5 0,57 0,36 1,30 1,65
*Статистично вірогідна різниця порівняно з контролем.
ренях рослин, бактеризованих малоактивними мутантами 107 і 113, був
на рівні 4,06—4,94 мкг/г сирої речовини, що на 15—30 % менше, ніж у
контролі (5,97 мкг/г сирої речовини), а також у варіантах із застосуван-
ням вихідного штаму 646 (5,15 мкг/г сирої речовини) та неактивного
штаму 604к (5,69 мкг/г сирої речовини) (див. рис. 1).
На 35-ту добу після появи сходів у кореневих бульбочках сої, іноку-
льованих активним штамом B. japonicum 646 та його Tn5-мутантами 9-1
і 21-2, вміст IОК був меншим (1,27—3,47 мкг/г сирої речовини) порівня-
но з показниками, отриманими за використання неактивного штаму
604к (5,81 мкг/г сирої речовини) й малоактивних Tn5-мутантів 107 і 113
(2,92—3,69 мкг/г сирої речовини). Слід відмітити тісний зворотний
зв’язок (r = –0,79) між вмістом IОК і нітрогеназною активністю бульбо-
чок. Визначенням вмісту IОК у листках рослин сої протягом вегетації не
виявлено істотних відмін у всіх досліджуваних варіантах (див. рис. 1, а,
б), хоча рослини, інокульовані штамом B. japonicum 604к, різнились най-
нижчим вмістом IОК у листках за вищих (на 15-ту добу) або на рівні
контролю (на 35-ту добу) значень вмісту IОК у коренях.
Згідно з літературними даними, інокуляція рослин завжди спричи-
нює гіперпродукцію ауксинів [16, 24]. Це може бути пов’язане з наяв-
ністю в коренях на початкових етапах формування симбіозу меристе-
матичних ділянок бульбочок, що розвиваються, а також із синтезом
безпосередньо ризобіями індоліл-3-оцтової кислоти, продукування якої
сприяє адгезії бактерій на поверхні кореня і викривленню кореневих во-
лосків [12, 17]. Однак зв’язок між здатністю окремих штамів бульбочко-
412
Н.В. ВОЛКОГОН, П.Н. МАМЕНКО, С.Я. КОЦЬ
Физиология и биохимия культ. растений. 2009. Т. 41. № 5
Рис. 1. Вміст IОК у рослинах сої за інокуляції різними за активністю штамами і Tn5-му-
тантами В. japonicum на 15-ту (а) та 35-ту (б) добу після появи сходів. Тут і на рис. 2: К —
контрольний варіант без інокуляції
Рис. 2. Вміст зеатину в рослинах сої за інокуляції різними за активністю штамами і Tn5-
мутантами В. japonicum на 15-ту (а) та 35-ту (б) добу після появи сходів
вих бактерій синтезувати IОК та їхньою вірулентністю простежується не
завжди [16, 24]. У наших дослідах підвищення вмісту IОК у коренях
відмічено лише у варіантах із застосуванням активних Tn5-мутантів
B. japonicum 21-2 і 9-1 та неактивного штаму 604к. Водночас інокуляція
іншими ризобіями істотно не змінювала пулу IОК у коренях порівняно
з небактеризованими рослинами, а в деяких випадках (у варіантах із за-
стосуванням малоактивних Tn5-мутантів B. japonicum 107 і 113) навіть
зменшувала цей показник. Гіперпродукцію ауксинів у разі застосування
штаму 604к можна пояснити його високою вірулентністю [15], причому
(див. рис. 1), на відміну від варіантів із застосуванням штаму B. japon-
icum 646 та його Tn5-мутантів 9-1, 21-2 і 107, які різнились підвищеним
вмістом IОК у коренях порівняно з бульбочками, у коренях рослин сої,
інокульованих штамом 604к, перерозподіл IОК між коренем і бульбоч-
ками не відбувається.
Доведено, що ауксини впливають на симбіотичні взаємовідносини
бобових рослин і бульбочкових бактерій не ізольовано, а спільно з інши-
ми фітогормонами, наприклад цитокінінами. Вважають [20, 24], що ос-
танні беруть участь у процесі ініціації й росту бульбочок, утворенні полі-
плоїдних клітин. Встановлено також, що бульбочкові бактерії, особливо
високовірулентні штами, активно синтезують цитокініни [12], які разом
з ауксинами можуть бути тригерами ендоредуплікації та мітозів у інфіко-
ваних клітинах кореня [25]. Водночас літературні дані не дають підстав
стверджувати, що між азотфіксувальною активністю кореневих бульбо-
чок і вмістом у них цитокінінів існує залежність. Нез’ясованим залиша-
ється питання щодо існування зв’язку між здатністю бактерій до синте-
зу цитокінінів та їх вірулентністю.
У процесі визначення вмісту цитокінінів (зокрема зеатину) в орга-
нах рослин сої, інокульованої різними за активністю штамами та Tn5-
мутантами B. japonicum (рис. 2), виявили низку закономірностей.
Так, на 15-ту добу після появи сходів у коренях рослин, інокульо-
ваних B. japonicum 604к, відмічено підвищений (в 1,5 раза) порівняно з
контролем рівень зеатину, що, можливо, пов’язано з високою віру-
лентністю цього штаму. Аналізом вмісту зеатину в коренях інших рос-
лин доведено незначне зниження його рівня у сої, інокульованої штамом
B. japonicum 646 і активними Tn5-мутантами 21-2 і 9-1, та зменшення йо-
го вмісту майже в 1,5 раза у варіантах з інокуляцією малоактивними му-
тантами B. japonicum 107 і 113 (див. рис. 2).
Подібно до ауксинів, цитокініни виявляють атрагувальну дію,
підсилюючи транспорт органічних і неорганічних речовин. У результаті
в одних органах відбувається гальмування ростових процесів, в інших —
активація [7]. За наявності у ґрунті оптимальних доз поживних речовин
на 15-ту добу після сходів ми спостерігали підвищення рівнів ауксинів
і зеатину в листках у всіх дослідних варіантах і зменшення пулу зеати-
ну в коренях рослин сої за винятком варіанта з використанням штаму
B. japonicum 604к.
Дослідженням вмісту цитокінінів у листках сої встановлено, що на
15-ту добу після появи сходів у рослин, інокульованих активними Tn5-
мутантами 21-2 і 9-1, вміст зеатину був вищим (відповідно в 1,3 і 2 ра-
зи) порівняно з іншими варіантами. На 35-ту добу загальний вміст зеа-
тину в листках рослин усіх варіантів знижувався, проте тенденція до
збільшеного пулу останнього у рослин, інокульованих активними шта-
мами ризобій, залишалась (див. рис. 2). Це можна пояснити участю ци-
413
БАЛАНС ИУК И ЗЕАТИНА В РАСТЕНИЯХ СОИ ПРИ ИНОКУЛЯЦИИ
Физиология и биохимия культ. растений. 2009. Т. 41. № 5
токінінів у регулюванні процесів хлоропластогенезу й фотосинтетичної
активності рослин [19]. Аналізом рослин сої, інокульованих неактивним
штамом B. japonicum 604к, виявлено низький вміст зеатину в її листках
порівняно з контролем протягом усіх досліджуваних етапів онтогенезу.
Експериментально встановлено, що в бульбочках інокульованих
рослин вміст зеатину збільшений у 3—10 разів (до 0,5 мкг/г сирої речо-
вини) у варіантах із використанням штаму B. japonicum 646 та його ви-
сокоактивних Tn5-мутантів 9-1, 21-2 порівняно з варіантами з інокуля-
цією рослин сої неактивним штамом B. japonicum 604к (0,05 мкг/г сирої
речовини), а також Tn5-мутантами B. japonicum 113, 107 (відповідно 0,07
і 0,18 мкг/г сирої речовини). Це доводить пряму залежність вмісту ци-
токінінів у бульбочках рослин від азотфіксувальної активності симбіо-
тичних систем сої зі штамами-інокулянтами (r = 0,86) й накопиченням
надземної маси (r = 0,91).
Отримані результати доповнюють наявні літературні дані щодо змін
фітогормонального балансу рослин за їх інокуляції штамами бульбочко-
вих бактерій [12, 17, 18, 25, 28]. Iнокуляція сої різними за активністю
штамами й Tn5-мутантами B. japonicum приводила до змін вмісту IОК у
різних органах рослин протягом усього періоду спостережень. Відмічено
чітку залежність між активністю штаму-інокулянта і вмістом зеатину в
листках і бульбочках досліджених рослин сої. Результати виконаних ек-
спериментів підтверджують перспективність подальших досліджень за
істотного збільшення кількості відборів та розширення спектра дослід-
жуваних фітогормонально активних сполук.
1. Андреева И.Н., Козлова Г.И., Мандхан К., Измайлов С.Ф. Структурные особенности раз-
личающихся по эффективности азотфиксации клубеньков бобовых // Физиология рас-
тений. — 1992. — 39, № 2. — С. 314—324.
2. Біологічний азот / В.П. Патика, С.Я. Коць, В.В. Волкогон та ін. Ред.: В.П. Патика. —
К.: Світ, 2003. — 424 с.
3. Волкогон В.В., Надкернична О.В., Ковалевська Т.М. та ін. Мікробні препарати у земле-
робстві. Теорія і практика. — К.: Аграрна наука, 2006. — 312 с.
4. Волкогон В.В., Сальник В.П. Значення регуляторів росту рослин у формуванні активних
азотфіксувальних симбіозів та асоціацій // Физиология и биохимия культ. растений. —
2005. — 37, № 3. — С. 187—197.
5. Генетика симбиотической азотфиксации с основами селекции / Под ред. И.А. Тихоно-
вича, Н.А. Проворова. — СПб.: Наука, 1998. — 194 с.
6. Гродзинский А.М., Гродзинский Д.М. Краткий справочник по физиологии растений. —
Киев: Наук. думка, 1973. — 591 с.
7. Дерфлинг К. Гормоны растений. Системный подход: Пер. с нем. Н.С. Гельман / Под
ред. В.И. Кефели. — М.: Мир, 1985. — 304 с.
8. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта. — М.: Колос, 1979. — 376 с.
9. Коць С.Я., Береговенко С.К., Кириченко Е.В., Мельникова Н.Н. Особенности взаимо-
действия растений и азотфиксирующих организмов. — Киев: Наук. думка, 2007. —
316 с.
10. Кретович З.Л. Усвоение и метаболизм азота у растений. — М.: Наука, 1987. — 490 с.
11. Маліченко С.М., Даценко В.К., Василюк В.М., Коць С.Я. Транспозоновий мутагенез шта-
мів Bradyrhizobium japonicum // Физиология и биохимия культ. растений. — 2007. — 39,
№ 5. — С. 409—418.
12. Сабельникова В.И. Основные закономерности стимулирующего действия Rhizobium на
процессы роста бобовых растений и эффективность бактеризации в агроэкологических
условиях Молдавской ССР: Автореф. дис. … д-ра биол. наук. — Киев, 1983. — 48 с.
13. Савинский С.В., Драговоз И.В., Педченко В.К. Определение зеатина, индолил-3-уксус-
ной и абсцизовой кислот из одной растительной пробы методом высокоэффективной
жидкостной хроматографии // Физиология и биохимия культ. растений. — 1991. — 23,
№ 6. — С. 606—614.
414
Н.В. ВОЛКОГОН, П.Н. МАМЕНКО, С.Я. КОЦЬ
Физиология и биохимия культ. растений. 2009. Т. 41. № 5
14. Сытников Д.М., Киризий Д.А., Маличенко С.М., Коць С.Я. Продуктивность симбио-
за соя—Bradyrhizobium japonicum при модификации активности клубеньковых бакте-
рий экзогенными белками // Физиология растений. — 2007. — 54, № 3. — С. 416—
423.
15. Толкачев Н.З., Дубовенко Е.К., Чечельницкая Л.Н. Неактивный штамм клубеньковых
бактерий сои // 9-й Баховский коллокв. по азотфиксации, посвященный памяти чл.-
кор. РАН В.Л. Кретовича (Пущино, Россия, 24—26 янв 1995). — Пущино: ОНТИ ПНЦ
РАН, 1995. — С. 28.
16. Федорова Е.Э., Жизневская Г.Я., Альжаппарова Ж.К., Измайлов С.Ф. Фитогормоны в
азотфиксирующих клубеньках бобовых растений // Физиология и биохимия культ. рас-
тений. — 1991. — 23, № 5. — С. 426—438.
17. Федорова Е.Э., Жизневская Г.Я., Калиберная Г.Я. и др. Метаболизм ИУК при установле-
нии симбиоза между Phaselous vulgaris и Rhizobium phaseoli // Там же. — 2000. — 47,
№ 2. — С. 231—235.
18. Цавкелова Е.А., Климова С.Ю., Чердынцева Т.А., Нетрусов А.И. Микроорганизмы —
продуценты стимуляторов роста растений и их практическое применение // Прикл.
биохимия и микробиология. — 2006. — 42, № 2. — С. 133—143.
19. Чернядьев И.И. Фотосинтез и цитокинины // Там же. — 1993. — 29, № 5. — С. 644—
673.
20. Badenoch-Jones J., Rolfe B.G., Letham D.S. Phytohormones, Rhizobium mutants, and nodula-
tion in legumes: V. Cytokinin metabolism in effective and ineffective pea root nodules // Plant
Physiol. — 1984. — 74. — P. 239—246.
21. Bauer W.D. Infection of legumes by rhizobia // Annu. Rev. Plant Physiol. — 1981. — 32. —
P. 407—449.
22. Ferguson B.J., Mathesius U. Signaling interactions during nodule development // J. Plant
Growth Regul. — 2003. — 22, N 1. — P. 47—72.
23. 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.
24. Hirsch A.M., Fang Y., Asad S., Kapulnik Y. The role of phytohormones in plant-microbe sym-
bioses // Plant Soil. — 1997. — 194, N 1—2. — P. 171—184.
25. Libbenga K.R., van Iren F., Bogers R.J., Schraag-Lamers M.F. The role of hormones and gra-
dients in the initiation of cortex proliferation and nodule formation in Pisum sativum L. //
Planta. — 2000. — 114, N 1. — P. 29—39.
26. Pawlowski K., Bisseling T. Rhizobial and actinorhizal symbioses: What are the shared fea-
tures? // Plant Cell. — 1996. — 8. — P. 1899—1913.
27. Roberts G.P. Genetics and regulation of nitrogen fixation // Annu. Rev. Microbiol. — 1981. —
3. — P. 207—233.
28. Spaink H.P. Root nodulation and infection factors produced by rhizobial bacteria // Ibid. —
2000. — 54. — P. 257—288.
Отримано 05.03.2009
БАЛАНС ИУК И ЗЕАТИНА В РАСТЕНИЯХ СОИ ПРИ ИНОКУЛЯЦИИ СЕМЯН
РАЗЛИЧНЫМИ ШТАММАМИ И МУТАНТАМИ BRADYRHIZOBIUM JAPONICUM
Н.В. Волкогон, П.Н. Маменко, С.Я. Коць
Институт физиологии растений и генетики Национальной академии наук Украины, Киев
Показано изменение содержания ИУК и зеатина в растениях сои Glycine max (L.) Merr. при
инокуляции штаммами и Tn5-мутантами Bradyrhizobium japonicum с различными симбио-
тическими характеристиками. Отмечена тесная обратная связь между содержанием ИУК и
нитрогеназной активностью клубеньков. Показано, что изменение содержания зеатина в
клубеньках прямо зависит от их азотфиксирующей активности и накопления биомассы
растениями. Сделан вывод о перспективности изучения роли фитогормонов в процессах
биологической фиксации азота при расширении спектра исследуемых соединений, прояв-
ляющих фитогормональную активность.
415
БАЛАНС ИУК И ЗЕАТИНА В РАСТЕНИЯХ СОИ ПРИ ИНОКУЛЯЦИИ
Физиология и биохимия культ. растений. 2009. Т. 41. № 5
IAA AND ZEATIN BALANCE IN SOYBEAN PLANTS UNDER SEEDS INOCULATION
WITH VARIOUS STRAINS AND MUTANTS OF BRADYRHIZOBIUM JAPONICUM
M.V. Volkogon, P.M. Mamenko, S.Ya. Kots
Institute of Plant Physiology and Genetics, National Academy of Sciences of Ukraine
31/17 Vasylkivska St., Kyiv, 03022, Ukraine
The changes in IAA and zeatin content in soybean plants Glycine max (L.) Merr. under the inoc-
ulation with strains and Tn5-mutants of Bradyrhizobium japonicum with various symbiotic charac-
teristics were studied. The close reverse relationship between IAA content and nitrogenase activi-
ty was revealed. It was shown that changes in zeatin contents in nodules directly depend on their
nitrogen fixing activity and accumulation of plants’ biomass. The conclusion on perceptiveness of
further investigation of plant hormones role in biological nitrogen fixation at broadening of stu-
died phytohormonal substances was made.
Key words: Glycine max (L.) Merr., Bradyrhizobium japonicum, nitrogen fixation, symbiosis, phy-
tohormones, Tn5-mutants.
416
Н.В. ВОЛКОГОН, П.Н. МАМЕНКО, С.Я. КОЦЬ
Физиология и биохимия культ. растений. 2009. Т. 41. № 5
|