Взаємозв’язок азотфіксації і лектинової активності симбіотичної системи сої за різних рівнів її ефективності - Автореферат

Дисертаційна робота виконувалася в рамках науково-дослідних тем відділу симбіотичної азотфіксації інституту фізіології рослин і генетики НАН України на 2001-2005 рр. “Вивчити процеси взаємодії бульбочкових бактерій із рослиною-хазяїном та розробити заходи підвищення продуктивності бобових культур за рахунок максимального використання біологічного азоту” (р/№ 0101U000627), на 2002-2006 рр. “Методами генної інженерії отримати нові штами азотфіксуючих мікроорганізмів і створити високоефективні азотфіксуючі системи бобових та злакових культур” (р/№ 0102U002460) і на 2006-2010 рр. “Дослідити фізіологічні процеси функціонування бобово-ризобіального симбіозу і розробити методи його інтенсифікації” (р/№ 0106U006461). Головною метою досліджень було вивчення ролі лектинів у процесі формування і функціонування бобово-ризобіального симбіозу, зокрема встановлення звязку між азотфіксуючою активністю симбіотичного апарату і лектиновою активністю різних органів сої. Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити наступні завдання: - використовуючи симбіотичні властивості активного і неактивного штамів бульбочкових бактерій, а також різні концентрації мінерального азоту в середовищі вирощування рослин створити симбіотичні системи із різними рівнями ефективності; встановити ступінь модуляторного впливу гомологічного лектину на зміну симбіотичних властивостей бульбочковими бактеріями за різного забезпечення мінеральним азотом; визначити інтенсивність фотосинтезу сої в симбіотичних системах із різними рівнями ефективності;Лектини рослин відіграють важливу роль не тільки на початкових етапах формування симбіозу з бульбочковими бактеріями, але й при його функціонуванні: активність цих білків тісно повязана з функціональною специфікою органу їх локалізації і ефективністю симбіотичної системи. Рівень гемаглютинуючої активності лектинів, що містяться у бульбочках, а також інших вегетативних і генеративних органах сої, коливається в залежності від фази розвитку рослин, забезпечення їх мінеральним азотом та активності штаму-інокулянта. В умовах ефективної взаємодії макро-і мікросимбіонтів встановлено прямий звязок між азотфіксацією бульбочок сої і лектиновою активністю виділених із них білків, що вказує на важливу роль гемаглютинуючих білків у функціонуванні симбіотичного апарату. Вперше встановлено, що інкубація бульбочкових бактерій з гомологічним лектином позитивно впливає на симбіотичні властивості активного штаму Bradyrhizobium japonicum 634б, а також інтенсивність основних фізіологічних процесів рослини - азотфіксації та фотосинтезу і, навпаки, виявляє супресорну дію на симбіотичні системи, утворені за участю неактивного штаму ризобій B. japonicum 604к.

Основний зміст роботи

1. Лектини рослин відіграють важливу роль не тільки на початкових етапах формування симбіозу з бульбочковими бактеріями, але й при його функціонуванні: активність цих білків тісно повязана з функціональною специфікою органу їх локалізації і ефективністю симбіотичної системи.

2. Рівень гемаглютинуючої активності лектинів, що містяться у бульбочках, а також інших вегетативних і генеративних органах сої, коливається в залежності від фази розвитку рослин, забезпечення їх мінеральним азотом та активності штаму-інокулянта.

3. В умовах ефективної взаємодії макро- і мікросимбіонтів встановлено прямий звязок між азотфіксацією бульбочок сої і лектиновою активністю виділених із них білків, що вказує на важливу роль гемаглютинуючих білків у функціонуванні симбіотичного апарату. За неефективного симбіозу незначний рівень азотфіксації супроводжується низькою або такою, що знижується в онтогенезі, лектиновою активністю в бульбочках.

4. Вперше показано, що зміна показників інтенсивності фотосинтезу за умов різного забезпечення рослин сої мінеральним і біологічним азотом супроводжується зміною гемаглютинуючої активності білків у листках.

5. Ефективна робота симбіотичного апарату в більшій мірі стимулює інтенсивність фотосинтезу листків сої ніж внесення в субстрат вирощування рослин повної норми мінерального азоту, що свідчить про існування не лише трофічних, але й регуляторних взаємозвязків між азотфіксацією і фотосинтезом.

6. Вперше встановлено, що інкубація бульбочкових бактерій з гомологічним лектином позитивно впливає на симбіотичні властивості активного штаму Bradyrhizobium japonicum 634б, а також інтенсивність основних фізіологічних процесів рослини - азотфіксації та фотосинтезу і, навпаки, виявляє супресорну дію на симбіотичні системи, утворені за участю неактивного штаму ризобій B. japonicum 604к.

7. Збільшення дози мінерального азоту в середовищі вирощування рослин лімітує стимулюючу дію рослинного лектину на симбіотичні властивості бульбочкових бактерій і ефективність симбіозу.

8. Вперше встановлено, що ефект попередньої інкубації бульбочкових бактерій з альбуміном людини за своїм характером подібний до впливу гомологічного лектину на показники ефективності симбіозу. Отримані дані вказують на перспективність використання сумісної інкубації ризобій з білками нерослинного походження для підвищення продуктивності симбіотичних систем бобових.

9. Встановлено, що застосування бактеріальних препаратів, модифікованих рослинним лектином, підвищує ефективність симбіотичної системи сої і збільшує її продуктивність у середньому на 17-22%. При цьому концентрація гомологічного лектину 100 мкг/мл бактеріальної суспензії є дозою, оптимальною у фізіологічному та економічному відношенні.

Рекомендації

На основі результатів досліджень рекомендується застосування бактеріальних препаратів, модифікованих рослинним лектином, для інокуляції насіння з метою створення високоефективних симбіотичних систем, підвищення продуктивності симбіозу та рентабельності виробництва зерна сої.

1. Сытников Д.М., Коць С.Я., Маличенко С.М. Эффективность симбиотической системы соя - Bradyrhizobium japonicum при действии гомологичного лектина в условиях различного обеспечения минеральным азотом // Физиология и биохимия культ. растений. - 2005. - Т. 37, № 5. - С. 394-401.

2. Сытников Д.М., Коць С.Я., Маличенко С.М., Киризий Д.А. Взаимосвязь интенсивности фотосинтеза и лектиновой активности листьев сои при инокуляции модифицированными лектином ризобиями // Доповіді НАН України. - 2005. ? № 12. - С. 167-172.

3. Сытников Д.М., Маличенко С.М., Якимчук Р.А., Мосендз Г.Н. Влияние концентрации лектина и продолжительности инкубирования инокуляционной суспензии ризобий нарост, нитрогеназную активность и продуктивность сои // Физиология и биохимия культ. растений. - 2006. - Т. 38, № 4. - С. 310-316.

4. Сытников Д.М., Коць С.Я., Маличенко С.М., Киризий Д.А. Интенсивность фотосинтеза и лектиновая активность листьев сои при инокуляции ризобиями совместно с гомологичным лектином // Физиология растений. - 2006. - Т. 53, № 2. - С. 189-195.

5. Сытников Д.М., Коць С.Я., Маличенко С.М. Лектиновая активность различных органов сои в условиях эффективного и неэффективного симбиоза // Физиология и биохимия культ. растений. - 2006. - Т. 38, № 1. - С. 53-60.

6. Сытников Д.М., Коць С.Я., Маличенко С.М., Киризий Д.А. Интенсивность фотосинтеза и лектиновая активность листьев сои в условиях эффективного и неэффективного симбиоза // Актуальні проблеми фізіології, генетики та біотехнології рослин і мікроорганізмів: Тези доп. IX конференції молодих учених, присвяченої 100-річчю від дня народження П.А. Власюка (Київ, 24-25 лютого 2005 р.). - Київ: Логос, 2005. - С. 36.

7. Сытников Д.М., Коць С.Я., Маличенко С.М. Формирование лектиновой активности сои в зависимости от эффективности штамма-инокулянта // Современные проблемы физиологии и интродукции растений: Материалы Всеукраинской научно-практической конференции к 90-летию со дня рождения О.Ф. Михайлова. (Днепропетровск, 5-6 апреля, 2005 г.). - Днепропетровск: ДНУ, 2005. - С. 50-51.

8. Сытников Д.М., Маличенко С.М., Даценко В.К. Эффективность симбиотической системы сои на различном азотном фоне при совместной обработке Bradyrhizobium japonicum и лектином // Проблеми збереження, відновлення та збагачення біорізноманітності в умовах антропогенно зміненого середовища: Матеріали міжнародної наукової конференції (Кривий Ріг, 16-19 травня 2005 р.). - Дніпропетровськ: Проспект, 2005. - С. 490-491.

9. Сытников Д.М., Даценко В.К., Коць С.Я. Эффективность биопрепаратов клубеньковых бактерий сои при использовании гомологичного лектина // Современные проблемы экологии: Материалы Первой международной конференции молодых ученых (28-30 сентября 2005 г.). - Запорожье: ЗНУ, 2005. - С. 131-132.

10. Сытников Д.М., Якимчук Р.А. Влияние продолжительности инкубации и концентрации лектина в инокуляционной суспензии на развитие проростков сои // Сучасні проблеми фізіології рослин і біотехнології: Тези наукової конференції молодих учених (Ужгород, 1-3 грудня 2005 р.). - Ужгород, 2005. - С. 115-116.

11. Сытников Д.М., Коць С.Я., Маличенко С.М. Лектиновая активность органов Glycine max (L.) Merrill на различных этапах жизненного цикла // Матеріали XII зїзду Українського ботанічного товариства. Ред. кол.: Ситник К.М. (відп. ред.) та ін. - Одеса: Альянс-Юг, 2006. - С. 497-499.

12. Сытников Д.М., Маличенко С.М., Коць С.Я. Взаимосвязь азотфиксирующей и лектиновой активности клубеньков сои, инокулированной активным и неактивным штаммами ризобий // Биология - наука XXI века: 10-я Пущинская школа-конференция молодых ученых, посвященная 50-летию ПНЦ РАН (Пущино, 17-21 апреля 2006 г.). Сб. тезисов. - Пущино, 2006. - С. 94.

13. Sytnikov D.M., Kots S.Ya., Malichenko S.M. Influence of lectin on the efficiency of symbiotic system soybean - Bradyrhizobium japonicum under different mineral nitrogen supply // XVII International Botanical Congress, Vienna, Austria, Europe, July 17-23, 2005: Abstracts. - Vienna, 2005. - P. 258.

14. Sytnikov D.M., Malichenko S.M., Kots S.Ya. Influence of symbiosis efficiency on lectin activity different organs of soybean // Регуляция роста, развития и продуктивности растений: Материалы IV Международной научной конференции (Минск, 26-28 октября 2005 г.). - Минск: Право и экономика, 2005. - С. 213.