Влияние бактерий, метаболизирующих абсцизовую кислоту, на рост и содержание АБК в растениях пшеницы и почве при высокой плотности их посадки

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Изучили влияние метаболизирующих абсцизовую кислоту (АБК) бактериальных штаммов родов Pseudomonas и Arthrobacter на содержание гормона в побегах и корнях растений пшеницы, а также в песчаном субстрате при плотной посадке. Обнаружена способность бактерий уже через 10 сут после инокуляции, хотя и в разной степени, снижать содержание АБК в среде выращивания и в растениях. При этом для большинства изученных штаммов было характерным снижение в побегах и реже наблюдали уменьшение количества АБК в корнях. Обнаруженное одновременное существенное снижение гормона в побегах и в песчаном субстрате, проявившееся при воздействии штаммов P. plecoglossicida 2.4-D, P. frederiksbergensis IB Ta10m, P. veronii IB K11-1, сопровождалось максимальным увеличением массы растений пшеницы по сравнению с неинокулированными растениями. Изученные бактерии в разной степени стимулировали накопление массы побега и корня, а также площади листьев, что, вероятно, могло быть связано с их различной способностью синтезировать другие гормоны, например ИУК, и/или воздействовать на гормональную систему самого растения. Обсуждается перспективность использования бактерий АБК-деструкторов для разработки сельскохозяйственных биопрепаратов, способных смягчать негативные последствия загущенного посева и повышать устойчивость к другим абиотическим факторам.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Е. В. Мартыненко

Уфимский Институт биологии Уфимского федерального исследовательского центра РАН

Email: vysotskaya@anrb.ru
Россия, 450054 Уфа, просп. Октября, 71

Л. Ю. Кузьмина

Уфимский Институт биологии Уфимского федерального исследовательского центра РАН

Email: vysotskaya@anrb.ru
Россия, 450054 Уфа, просп. Октября, 71

Э. Р. Гаффарова

Уфимский Институт биологии Уфимского федерального исследовательского центра РАН

Email: vysotskaya@anrb.ru
Россия, 450054 Уфа, просп. Октября, 71

А. С. Рябова

Уфимский Институт биологии Уфимского федерального исследовательского центра РАН

Email: vysotskaya@anrb.ru
Россия, 450054 Уфа, просп. Октября, 71

Г. Р. Кудоярова

Уфимский Институт биологии Уфимского федерального исследовательского центра РАН

Email: vysotskaya@anrb.ru
Россия, 450054 Уфа, просп. Октября, 71

Л. Б. Высоцкая

Уфимский Институт биологии Уфимского федерального исследовательского центра РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: vysotskaya@anrb.ru
Россия, 450054 Уфа, просп. Октября, 71

Список литературы

  1. Fang X.Li.Y., Nie J., Wang C., Huang K., Zhang K.Y., Zhang Y., She H., Xi L., Ruan R., Yuan X., Yi Z. Effects of nitrogen fertilizer and planting density on the leaf photo-synthetic characteristics, agronomic traits and grain yield in common buckwheat (Fagopyrum esculentum M.) // Field Crops Res. 2018. № 219. P. 160–168. https://doi.org/10.1016/j.fcr.2018.02.001
  2. Jiang X., Tong L., Kang S., Li F., Li D., Qin Y., Shi R., Li J. Planting density affected biomass and grain yield of maize for seed production in an arid region of Northwest China // J. Arid Land. 2018. № 10. P. 292–303. https://doi.org/10.1007/s40333-018-0098-7
  3. Zhang Y., Xu Z., Jun L., Wang R. Optimum planting density improves resource use efficiency and yield stability of rainfed maize in semiarid climate // Front. Plant Sci. 2021. № 12. P. 752606. https://doi.org/10.3389/fpls.2021.752606
  4. Romero H., Guataquira S., Forero D. Light interception, photosynthetic performance, and yield of oil palm interspecific OxG hybrid (Elaeis oleifera (Kunth) Cortés × Elaeis guineensis Jacq.) under three planting densities // Plants. 2022. № 11. P. 1166. https://doi.org/10.3390/plants11091166
  5. Ballaré C., Pierik R. The shade-avoidance syndrome: Multiple signals and ecological consequences // Plant Cell Environ. 2017. V. 40. P. 2530–2543. https://doi.org/10.1111/pce.12914
  6. Tang Y.J., Liesche J. The molecular mechanism of shade avoidance in crops – How data from Arabidopsis can help to identify targets for increasing yield and biomass production // J. Integr. Agric. 2017. V. 16. P. 1244–1255. https://doi.org/10.1016/S2095-3119(16)61434-X
  7. Cagnola J.I., Ploschuk E., Benech-Arnold T., Finlayson S.A., Casal J.J. Stem transcriptome reveals mechanisms to reduce the energetic cost of shade-avoidance responses in tomato // Plant Physiol. 2012. V. 160. P. 1110–1119. https://doi.org/10.1104/pp.112.201921
  8. Reddy S., Holalu S., Casal J., Finlayson S. Abscisic acid regulates axillary bud outgrowth responses to the ratio of red to far-red light // Plant Physiol. 2013. V. 163. P. 1047–1058. https://doi.org/10.1104/pp.113.221895
  9. Hayes S., Pantazopoulou C.K., van Gelderen K., Reinen E., Tween A.L., Sharma A., de Vries M., Prat S., Schuurink R.C., Testerink C., Pierik R. Salinity limits plant shade avoidance // Curr. Biol. 2019. V. 29. P. 1669–1676. https://doi.org/10.1016/j.cub.2019.03.042
  10. Vysotskaya L., Arkhipova T., Kudoyarova G., Veselov S. Dependence of growth inhibiting action of increased planting density on capacity of lettuce plants to synthesize ABA // J. Plant Physiol. 2018. V. 220. P. 69–73. https://doi.org/10.1016/j.jplph.2017.09.011
  11. Munemasa S., Hauser F., Park J., Waadt R., Brandt B., Schroeder J.I. Mechanisms of abscisic acid-mediated control of stomatal aperture // Curr. Opin. Plant Biol. 2015. V. 28. P. 154–162. https://doi.org/10.1016/j.pbi.2015.10.010
  12. Chen K., Li G.J., Bressan R.A., Song C., Song C.P., Zhu J.K., Zhao Y. Abscisic acid dynamics, signaling, and functions in plants // J. Integr. Plant. Biol. 2020. V. 62. P. 25–54. https://doi.org/10.1111/jipb.12899
  13. Hartung W., Sauter A., Turner N.C., Fillery I., Heilmeier H. Abscisic acid in soils: What is its function and which factors and mechanisms influence its concentration? // Plant Soil. 1996. V. 184. P. 105–110. https://doi.org/10.1007/BF00029279
  14. Сырова Д.С., Шапошников А.И., Юзихин О.С., Белимов А.А. Деструкция и трансформацмя фитогормонов микроорганизмами // Прикл. биохим. и микробиол. 2022. Т. 58. № 1. С. 3–22. https://doi.org/10.30906/0023-1134-2021-55-7-60-64
  15. Belimov A., Dodd I., Safronova V., Dumova V., Shaposhnikov A., Ladatko A., Davies W. Abscisic acid metabolizing rhizobacteria decrease ABA concentrations in planta and alter plant growth // Plant Physiol. Biochem. 2014. V. 74. P. 84–91. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2013.10.032
  16. Vysotskaya L., Martynenko E., Ryabova A., Kuzmina L., Starikov S., Chetverikov S., Gaffarova E., Kudoyarova G. The growth-inhibitory effect of increased planting density can be reduced by abscisic acid-degrading bacteria // Biomolecules. 2023. V. 13. P. 1668. https://doi.org/10.3390/biom13111668
  17. Рябова А.С., Кузьмина Л.Ю., Мартыненко Е.В., Четвериков С.П., Мильман П.Ю., Высоцкая Л.Б. Выявление штаммов-деструкторов АБК и их влияние на всхожесть семян и рост проростков пшеницы // Экобиотехнология. 2023. Т. 6. № 3. С. 190–199 https://doi.org/10.31163/2618-964X-2023-6-3-190-199
  18. Chetverikov S.P., Sharipov D.A., Korshunova T.Y., Loginov O.N. Degradation of perfluorooctanyl sulfonate by strain Pseudomonas plecoglossicida 2.4-D // Appl. Biochem. Microbiol. 2017. V. 53. P. 533–538. https://doi.org/10.1134/S0003683817050027
  19. King E.O., Ward M.K., Raney D.E. Two simple media for the demonstration of pyocyanin and fluorescin // J. Lab. Clin. Med. 1954. V. 44. P. 301–307. https://doi.org/10.5555/uri:pii:002221435490222X
  20. Veselov S.Yu., Kudoyarova G.R., Egutkin N.L., Gyuli-Zade V.G., Mustafina A.R., Kof E.K. Modified solvent partitioning scheme providing increased specificity and rapidity of immunoassay for indole 3-acetic acid // Physiol. Plantarum. 1992. V. 86. P. 93–96.
  21. Kudoyarova G.R., Melentiev A.I., Martynenko E.V., Arkhipova T.N., Shendel G.V., Kuz’mina L.Yu., Dodd I.C., Veselov S.Yu. Cytokinin producing bacteria stimulate amino acid deposition by wheat roots // Plant Physiol. Biochem. 2014. V. 83. Р. 285–291.
  22. Veselov S.Yu., Timergalina L.N., Akhiyarova G.R., Kudoyarova G.R., Korobova A.V., Ivanov I.I., Arkhipova T.N., Prinsen E. Study of cytokinin transport from shoots to roots of wheat plants is informed by a novel method of differential localization of free cytokinins bases or their ribosylated forms by means of their specific fixation // Protoplasma. 2018. V. 255. P. 1581–1594. https://doi.org/10.1007/s00709-018-1248-7
  23. Sun L.R., Wang Y.B., He S.B., Hao F.S. Mechanisms for abscisic acid inhibition of primary root growth // Plant Signal. Behav. 2018. V. 13. e1500069. https://doi.org/10.1080/15592324.2018.1500069
  24. Akhiyarova G., Veselov D., Ivanov R., Sharipova G., Ivanov I., Dodd I.C., Kudoyarova G. Root ABA accumulation delays lateral root emergence in osmotically stressed barley plants by decreasing root primordial IAA accumulation // Inter. J. Plant Biol. 2023. V. 14. P. 77–90. https://doi.org/10.3390/ijpb14010007
  25. Vysotskaya L., Martynenko E., Ryabova A., Kuzmina L., Starikov S., Chetverikov S., Gaffarova E., Kudoyarova G. The growth-inhibitory effect of increased planting density can be reduced by abscisic acid-degrading bacteria // Biomolecules. 2023. V. 13. P. 1668. https://doi.org/10.3390/biom13111668.
  26. Yun-jia T., Liesche J. The molecular mechanism of shade avoidance in crops-How data from Arabidopsis can help to identify targets for increasing yield and biomass production // J. Integr. Agric. 2017. V. 16(6). P. 1244–1255. https://doi.org/10.1016/S2095-3119(16)61434-X)
  27. Кузьмина Л.Ю., Высоцкая Л.Б., Галимзянова Н.Ф., Гильванова Е.А., Рябова А.С., Мелентьев А.И. Новые штаммы фосфатмобилизующих бактерий, продуцирующих ауксин, перспективные для сельскохозяйственной биотехнологии // Изв. УНЦ РАН. 2015. № 1. С. 40–46.
  28. Bakaeva M., Kuzina E., Vysotskaya L., Kudoyarova G., Arkhipova T., Rafikova G., Chetverikov S., Korshunova T., Chetverikova D., Loginov O. Capacity of pseudomonas strains to degrade hydrocarbons, produce auxins and maintain plant growth under normal conditions and in the presence of petroleum contaminants // Plants. 2020. V. 9. P. 379. https://doi.org/10.3390/plants9030379
  29. Pierik R., Ballare C.L. Control of plant growth and defense by photoreceptors: From mechanisms to opportunities in agriculture // Mol. Plant. 2021. V. 14. P. 61–76. https://doi.org/10.1016/j.molp.2020.11.021

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Масса целого растения, побега и корня, соотношение масс корень/побег растений пшеницы через 13 сут после посадки 5-, 10- и 20-ти проростков в один вегетационный сосуд. Разными буквами обозначены достоверно отличающиеся величины (n = 30, P ≤0.05, ANOVA, тест Дункана). То же на рис. 2–5.

Скачать (121KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Индекс азотного баланса NBI (а) и содержание хлорофилла (б) растений пшеницы через 13 сут после посадки 5-, 10- и 20-ти проростков в один вегетационный сосуд.

Скачать (116KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Содержание АБК в побегах и корнях (нг/г сырой массы) растений пшеницы и в почве (нг/сосуд) через 10 сут после посадки проростков в сосуд и внесения в ризосферу (до 108 КОЕ/г субстрата) деструкторов АБК (n = 9).

Скачать (384KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Масса побегов (а) и корней (б) через 10 сут после посадки в сосуды проростков пшеницы и внесения в ризосферу (до 108 КОЕ/г субстрата) деструкторов АБК (n = 12).

Скачать (388KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Суммарная площадь листьев растений пшеницы через 10 сут после посадки и внесения в ризосферу (до 108 КОЕ/г субстрата) деструкторов АБК (n = 12).

Скачать (201KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024