Бесплатный автореферат и диссертация по биологии на тему

ФИЗИОЛОГО-БИОХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ БОБОВЫХ РАСТЕНИЙ С КЛУБЕНЬКОВЫМИ БАКТЕРИЯМИ И ФИТОПАТОГЕННЫМИ МИКРООРГАНИЗМАМИ НА РАННИХ ЭТАПАХ РАЗВИТИЯ ИНФЕКЦИОННОГО ПРОЦЕССА

ВАК РФ 03.00.07, Микробиология

Автореферат диссертации по теме "ФИЗИОЛОГО-БИОХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ БОБОВЫХ РАСТЕНИЙ С КЛУБЕНЬКОВЫМИ БАКТЕРИЯМИ И ФИТОПАТОГЕННЫМИ МИКРООРГАНИЗМАМИ НА РАННИХ ЭТАПАХ РАЗВИТИЯ ИНФЕКЦИОННОГО ПРОЦЕССА"

ть

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРОПРОМЫШЛЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

МОСКОВСКАЯ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ АКАДЕМИЯ имени К. А. ТИМИРЯЗЕВА

На правах рукописи ВЕЛИКАНОВ Николай Лукич

УДК 579.64 : 58.071

ФИЗИОЛОГО-БИОХИМИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ БОБОВЫХ РАСТЕНИЙ С КЛУБЕНЬКОВЫМИ БАКТЕРИЯМИ И ФИТОПАТОГЕННЫМИ МИКРООРГАНИЗМАМИ НА РАННИХ ЭТАПАХ РАЗВИТИЯ ИНФЕКЦИОННОГО ПРОЦЕССА

Специальность 03.00.07 — микробиология

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата биологических наук

МОСКВА 1988

/

Работа выполнена на кафедре микробиологии Московской ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени сельскохозяйственной академии имени К. А. Тимирязева.

Научный руководитель — доктор биологических наук, профессор В. К. Шильникова. \ у

Официальные оппоненты — доктор биологических наук, старший научный сотрудник С. В. Летунова; кандидат биологических наук А. Ф. Топунов. V

Ведущее учреждение — Московский государственный университет имени М. В. Ломоносова.

Защита состоится « * » . . 1988 т. в « час.

« уО» мин. на заседании Специализированного совета К. 120.35.01 в Московской сельскохозяйственной академии им. К. А. Тимирязева. ,

Адрес: 127550, Москва, ул. Тимирязевская Ученый совет ТСХА.*

С диссертацией можно о. томиться в ЬИ I • СХА. ;

Автореферат разослан « ^уч^?. . . 1988 г.

Ученый секретарь Специализированного сеЪвета—

кандидат биологических нау -_у "'-л-г г.. М. Саблина

СЕУШ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ - \

Актуальность проблему. Роль биологического азота в сельской хозяйстве в связи с возрастающими потребностями в азотных удобрениях и усиливающейся тенденцией отрицательного действгл высоких ' доз минерального азота на растения и окружающую среду непрерывно растет. Бобовые растеши плроко применяются в практике земледелия для улучшения качества почв и их плодородия. Способность бобовых растений усваивать азот атмосферы обусловлена их симбионта- ' ми - клубеньковым! бактериями. Процесс взаимодействия, макро- и кикросиубнонтов затрагивает разные стороны их жизнедеятельности. В первую очередь он связан с онергетическим обменом - дыханием, фотосинтезом ( рпЬе , 1977, Кретович, 1987, Романов, 1987), о ' также с такими физиологическими процессами, как синтез белка и других соединешй, скоростью роста и развития (Иксустин, Оиышко-ва, 1973, Вавилов, Посыпанов, 1983, uuntz, 1987). Но если для • - * поздних стадий сформировавшегося симбиоза эти процессы сравнитель-, - Но хоросо изучены, "'¥'о об изменениях в физиологии и биохимии на рашшх этапах взаимодействия симбионтов известно мало. Хотя именно оти этапы определяют во многом успех симбиоза и конечном счете урожайность.

\ ( ' ' Дели и задачи исследования. Целью работы было изучить характер воздействия клубеньковых бактерШ на мембранный аппарат расте-. гая-хозяина, его энергетику (дыхание) II процессы фотосинтеза на ранних этапах развития инфекционного проиесса, формирующих и предопределяющих последующие изменения в развитии растений.

В связи с этим были поставлены следующие задачи: I) . Изучить - проницаемость клеточных мембран корней и листьев бобовых растений (горох, люпин, соя) под влиянием штаммов клубеньковых бактерий;>

—_- <л-ятя .

Цеят?. г»г"."1 С А1"от"-а Мое:, £,',.£. Г • \ , з.

2 ) , Изучить дыхательную активность (по поглощению 0д> тканей Л '-л корней-и листьев растений, бактеризованных штаммами клубеньковых бактерий на"ранних'стадиях инфекционного процесса; 3 ) . Изучить фотосинтетическую активность (по реакции Хилла) инфицированных растений;..4). Изучить оти показатели (п. 1-3) при комбинированном /.инфицировании,растений клубеньковыми бактериями и гиоаг1ип охуврогип .:*">. с целью сравнения ответной реакции на различные по природе инфекционные агенты (симбионт - КМвоЫиа и , • 'Типичный патоген - . Ри^агпо охусрогип ); 5). Изучить характер взаимодействия клубеньковых бактерий с представителями ри-зосферной микрофлоры с целью выявления их поведения на самых ран. них отапах процесса инфицирования; 6) . Испытать и адаптировать фи-зиологЬ-биохимггееские и биофизические методы, применяемые при исследовании процессов шфшированкя растений фитопатогенными кикро-4 организмами для изучения процесса инфекции растения-хозяина ризоЛ "биями; ' . -

' с Научная новизна. Епервые получеш данные о влиянии клубень-косых бактерии и фитопатогена на проницаемость мембран клеток тканей 'корней и. листьев, дыхание тканей, фотохимическую активность растения-хозяина на ранних отапах развития инфекцио1шого процесса задолго до появления видимых симптомов. Впервые показано, что заражение бобовых растений клубеньковыми бактериями и фитопатогена-' ми приводит к изменениям в прошшаемости мембран и биоэнергетике растения-хозяина, начиная с самых ранних этапов развития инфекпи- J онного: процесса (первые часы и дни) . Впервые выявлены физиологи- " .ческие характеристики защитного эффекта клубеньковых бактерий в < ' отношении растений при поражении фитопатогеномЛ В. ряде случаев сами рйзобии в чистой культуре подавляли развитие .гриба" (показан Н '

прямой паразитизм ризобнй на фузариях). Впервые с помочью фвиоло-

- \а гических показателей подтверждена фазность инфекционного проиесса

на ранних отапах развития симбиоза. Прохождение фаз инфекционного -процесса зависит от свойств стаммов микроорганизмов, сорта растений и условий среди. -

Практическое значение работы. Вопросы взаимодействия бобового растения и клубеньковых бактерий имеют общебиологическое эначс-ние для понимания механизмов взаимодействия популяций, биологической совместимости, адаптивных реакций в системе прокарют-эукарют. ' Практическое оначешю работы определяет необходимость создания

эффективных и быстрых методов контроля взаимодействия микроорга-• низма с растением. Опенка изменений в энергетике и степени прони-иаемости мембранного аппарата инфицированного растешш важна в со. лекционной работе с растениями и михрооргаизмами, в фитопатоло-•> гии и зеецитс растений.

. Апробация работы. Результаты работы докладывались на заседа- > шюх кафедры микробиологии ТСХА, научной конференции ТСХА в декаб-ч г_ ре 1982 г., Всесоюзном биохимическом съезде (Тбилиси, май 1983 г..), / • Республиканской конференции молодых ученых- (Таскент, ноябрь \ 1983 г.), Конференции по симбиотической азотфиксапии (Пуцино-на-

- * Оке", март 1984 г. ) , Международной конференции со биологии почв и , < - охране биосферы в ЕЬпроне (ЧССР, август 1985 гЛ. ,

Публикации.' Основные результаты исследований представлены в ; „6 печатных работах. ' * , ( -

Объем работы. Диссертация состоит из 128 страниц машинопис- , V, ного текста; включает 13 таблиц, 21 рисунков.. Список литературы' '<*' содержит 269 наименований, в том числе 136 зарубежных авторов.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ -

ОБЪЕМЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИИ - - - _ » • ~

• Исследовали аффективные (Эф.) и неэффективные (Незф.) штам- ~ _ мы клубеньковых бактерий коллекции культур ВНИИ сельскохозяйственной микробиологии (г. Пушкин, Ленинградской обл.), ВНИИ бактерйо-альных препаратов (Москва), Института микробиологии АН Ыолд. ССР (Кишинев), любезно предоставленные А.Т.-Новиковой, Б.И. Голодом, B.IK Сабельниковой: ithisoMua leguninosnrua- 'итаммы 245 и ' 250 оф. и 224 неоф., Rh. lupini штаммы S67 и 373 эф., 400 неэф. Eh.Jnponlcua штаммы С-5,*С-9, C-I2 и другие. Стаммы выращивали и хранили на бобовом агаре. ' " ''

,- В работе использованы семена бобовых растений; гороха посевного ( Pisun eatlvto г.) сорт Грибовскил раннлЯ, Московский, Пионер; люпина белого ( lupinus nibuc i. ) сорта Старт,-лю-пина"желтого { L- luteus 1. ) сорта Екстрорастуг;1!й-4, люпина узколистного" ( I. «mguatifalius L. ) сорта Немчиновский 766; сои ( " GlAoine сах L. ) сорта Северная-5, любезно предоставленные , сотрудниками кафедры полеводства ТСХА. •'

. После стерилизации поверхности семян их проралцивали в сте — рильных кюветах и переносили в,3-литровые сосуды (водная культура) на разбавленную среду Кнопа с последущим доведением до нормы и - " содержанием азота 1/5 от нормы. Растения выращивали при 25° и ос-Чящении 10000 люхе.

Хлоропласты выделяли модкфицировошпд» методом Уотли; Арнона,./ ( Whatley ,' Arnon f 1983). Фотохимическую активность хлоро-ч пластов определяли по выделению кислорода в реак!эш Хилла поляро- '

графическим методом с использованием ионоселективкого кислород" ного электрода Кларка (Белл, Бунина, 1967," Зелинский,' 1986). Интенсивность дыхания определяли по поглощению кислорода также по- -;лярографическим методом..Переменную флуореспенпию"хлоропластов измеряли на приборе, собранном по двулучевой мостовой схеме. Для оп-„ ределения пронипаемости*ыеыбран клеток тканей использовали метод • --низкочастотной контактной коццуктометрш (Грилихес, Сидановский,

'- 1980). "","_.- , ч ' * ' •

Результаты обрабатывали статистически на микро-ЭЕМ "Электроника" по общепринятым j/етодикам (Acvspm! и др., 1975, Доспехов, 1985) при уровне достоверюсти 0,95. , - ' , '

• - РЕЗУЛЬТАТЫ ИХХВДВШШ И ИХ 0БСУ2ДШЕ-

Изуснения проницаемости клеточных мембран - тканей коргей и листьев бобовых растерши. (гороха, люшиш, сои) под влиянием клубеньковых бактерий носят волнообразный (синусоидальный) характер, зависят от стамма Микроорганизма и растения-хозяина (pic, 1-6. 1-3 сутки: время первичного контакта, образования инфекционных iffl-\ тей. В этот период отмечается изменение проницаемости, некоторое снижение у гороха, частично у сои, вероятно, связанное с реализа-' шей (экспрессией) сим-генов по типу ген-на-ген ( Daszo у

Truchet , 1983). 4-7 сутки: идет процесс перестройки в клетках '.и тканях. Для него характерю продвижение клеток ризобнй D растение -£ по инфекционным нитям, выход их в клетки и вакуолизация (Ми-; пустин, Сальникова, 1968). Дгаэтого перюда характерны реакции с ,',изменением знаке. 7-14 сутки:" происходит разрастание клубеньковой • 4 ткани, усиленное деление клеток. Для этого периода характерю некоторое увеличение проницаемости» Этот этап соответствует описан-

ному Джорджевич и др. ( DJordjevic et al. _• , 1987), когда происходит экспрессия нодгенов. - . .,,'

Дыхательная активность тканей бобовых растений (тех же) , бактеризованных клубеньковыми бактериями, на ранних этапах инфекционного процесса изменяется как и проницаемость мембран волнообразно (синусоидально) и зависит от птамма микросимбионта и растения-хозяина. Эти изменения можно также разбить на 3 фазы. I - начальная фаза (1-3 сутки) - изменения интенсивности дыхания носят адаптивный характер. Может наблюдаться некоторое снижение интенсивности дыхания (как у сои при взаимодействии со штаммами С-5 и С-9) или усиление (горох - стаммы 224 и 2 50) . Следующая стадия (4-9 сутки) - период перестройки, характеризующийся переменой знака первой производной по интенсивности тканевого дыхания. Третий, период сопровождается усилением интенсивности дыхания, свя-эашЕым с энергозатратами на формирование клубеньков' большом (как у сои со стаммами С-5 и С-9) или несколько меньшая (горох -штаммы 224 и 2 5 0) , но все же более высокими, чем в контроле (без инокуляции) . Поведите мало совместной пари (соя Северюя-5 - • стоим ^П) по динамике изменения интенсивности дыхания напоминает. в некоторой степени взаимодействие растения с паразитирующим микроорганизмом ' Fucnriua , охусрогю штамм 42 .

Сотосинтетическая активность инфицированных-бобовых растений .на ранних отапах развития инфекционного процесса также развивает-1ся во времени не линейно, а носит волнообразный (синусоидальный).. "характер по принципу работы триггерных механизмов, реакций типа

......вопрос-ответ". Кривые можно также разбить на три участка (рис.

£-11). 1-я фаза (1-3 сутки) - неспецифический адаптационный синдром (по Браун, Моженок, 1987) или реакция тревоги (по Селье, 1982), паранекротический (парабиотический)-синдром (по Насонову,

-б-

I' 1

1 4

1 — 1 I 1 -6, 8

-сутки 10 ii 14

I .1 I

г 4

я8 »0> в2- i*4

Рис.1.Влияние шА-.япфэван.'Я Рис.2.Блиянле ча&щиропания на проницаемость мгмбран лисп- на проницаемость мембран коров горохч сорт, Грибовский' не( гороха сорт Грибосский

%

сутки

Рис.З.Влияние инфицирования Р*«:с.4.Влияние инфицирования на проницаемость мембран листь- на проницаемость мембран корней лопана сорт Старт

нвШвгогна сорт Старт

I

№

^лМОддХл4*>

_ХЛ>

\

сутки

I t — I • I "1—1 I I — г-^ — г — » • — •»—; I " "•' • — « — • — > — I — <*-» — 1 — I

г ч 6 а ю 12 |ч г ч.-е . в ю а \ч

Рис.Ь.Влияние инфицирования Рис.6.Влияние ин$л*грования . на проницаемость мекЛран лиси- на проницаемость мембран Кореи сои сорт Севорнйл 5 црй и Ссвермая-5

\

штаммы ■■; ' %■

. ' -У —224 .

- ■ ■ ■ —■ -.-. ■ ■ ■/■■:■■>:---\---160-

X —\ ^—140' хГ^_______^ но

I I- г—г

Рис.7.Интенсивность дыхания тканей корней гороха сорт Грибовский

сутки

7 ~т-1-I-i-i-г-х-«-^*-<-г-Я 1 6 8 *0 12 14

Рис.б.Интенсивность дыхания тканей корней сои сорт Северная-5

Рис.9.Интенсивность реакции Хилла хлоропластов листьев растений гороха сорт Грибовский

Рис.10.Содержание хлорофилла в инфицированных растениях гороха.

Рис.Ы.Удельная фотохимическая активность хлоропластов гороха.

%

Ш

100 го •60

4от42 «нвт42 «Нат42 +ат42

штамь: 224 стамм 245 контроль атамм 250 Р1:сЛ2. Биомасса растений гороха сорт ГрнбовсккП

% М

120

гоо

60

1 -1

4от42 +дт42. +гат42 «нат42

стамм 400 штамм 367 контроль стамм 373

Рис.13. Биомасса растений Люпина сорт Старт

140

170

N

\

*

*

Рис.14 .

•кзт42 +пт42 «нпт42 «нзт42

стамм С-5 - штамм С-9 контроль „' штамм С-12

Биомасса растений сои сорта Сзверная-5.

Александрову, 1985) . Для нее характерно некоторое снижение, замирание фотосинтетической активности, вызванное первой фазой контакта клеток корней растений-хозяина с инфекционным агентом. 2-я, . стадия (4-9 сутки) - стадия перестройки - характеризуется изменениями знака первой производной интенсивности фотосинтетических процессов (фаза сопротивления по! Селье) . Третий этап (9-14 сутки) -- фаза "разрешения", интенсивного роста тканей клубеньков характеризуется стабилизацией (горох + штамм 22 4) или постепенным наращивани«-ем фотосинтетической -активности (горох + штамм 2 50) .

-Реакции бобовых растений на комбинированное инфицирование клубеньковыми бактериями и фитопатогеном неоднозначны. Ситопатоген • ризаг1иш охуярогиш относится к широкораспространенным почвенным корневым паразитам многих культурных растений. Это биотроф, выделяющий мембранактивные метаболиты (Еилай, 1977, Рау1оукш

еЬ п1.У 1Э8 6) . Инфицирование им приводит к нарастании проницаемости клеточных мембран (рис. 2, 4-6) до значительных размеров, приводящему к* потере питательных веществ, значительному усилению тканвЕо-го дыхания (рис. .7,8), носящему явно компенсаторный характер. Все ото требует эначителышх затрат энергии, расхода запасных Ееществ, приводит к снижению массы (урожайности) растений (рис. 12-15) . Под воздействием, г. -охуерогша' . штамм 42 существенно снижается фотосинтетическая %йстивность растений (рис. 16). Так же, как и в случае с клубеньковыми бактериями ход инфекционного процесса можно разбить на 3 этапа <рмс. 2, 4-6, 7,8) . I фаза (1-3 сутки) - первичного контакта паразита с растением, приводящая х существенным изменениям в состоянии растешш - фаза тревоги (Селье, 1982) . Для нее характерно значительное увеличение проницаемости (по первой * производной), усилите дыхания (по первой производной). Затем, 4-

% 100

«о

- во

+»ГТ42 +ш14<с +шт245 одкоор. через мерез Юсут. Юсут.

+шт42

штаьм 245 шт42 Контроль

Рис.15.Биомасса гороха Грибовский

1БО 160 140 120

100 80 60 ч

±181.42

цамми-е

•»ш42~ стамСТ -Л_

•нит42 'КОКТрбЯГ-

4СГТ4/2

Рис.16.Фотосинтез соя Северная-й (14 суток)

%

140 110 го о

«

Б0

Ст-+гат142~ +ОТ42 4Пт42 +С1Т42

стпмми_1> 1аташ*;-\> контроль атамм о-Рис.Г?.Влияние Лкультуральнои жидкости темня 42 на. дыхание листьев сои Севернля-5 (1-е сутки")

-У/-

-7 сутки - активное дыхание - стадия - сопротивления (по Се лье) -стадия "вооруженного противоборства" (Мстлиихий, Озерецковская, 1985). Затем на 7-14 сутки-наступает стадия "разрешения", стадия истощения (по Селье, 1983), характеризующаяся, как правило, спадом . метаболической активности, снижением интенсивности дыхания, истоцег. кием, началом увядания растения. Если для клубеньковых бактерий взаимодействие с бобовыми рзстсниями происходит по"типу "реакция сверхувствительности наоборот", по типу ген-на-ген (Ван-дер-Планх, . 1981) и сравнительно мягко, без-.эксцессов изменяется физиологические показатели, то с Fun.iri.un ото'взаимодействие происходит болезненно со значительной расбалансировкой физиологических процессов и прежде всего дыхания. Клубеньковые бактерии могут значительно влиять на поражение бобовых растений фузвриозом, как улучшая физиологические показатели, так и выход биомассы в селом (рис. 12-16). Существенным является и то, какая инфекция будет первичной, какая вторичной (рис. 15). Наибольший защитный аффект наблюдается при начальном инфицировании пМгоЪшп , в случае использования "

ЕМгоЪш8 уже по фону фузарюзной инфекции эффективность

инокуляции резко снижается. Сизиологическне эффекты.аналогичные' . действие Fusnriun оху8рогш на бобовые растения, наблгдается при взаимодействии метаболитов• риоппип ' охуерогиа (рис. 17, 18), что может быть использовано для ускоренной опенки реакции растений на возбудителя инфекционного процесса.

" Характер взаимодействия клубеньковых бактерий с представите- лями почвенной микрофлоры во многом предопределяет течение собственно инфекционного процесса.-Проведенное тестирование свежевыделен- ' ных кз почвы и музейных штаммов представителей почвенной микрофлоры показало, что при совместном культивировании они проявляет,

1<>0

по

+цт42"

+а{$1

-НПТ42

штамм и-э штамм о-у контроль штамм !>-1<2

Рис. 18.Л Влияние культуральной. жидкости штамма 42 на дыхание тканей корней сои Северная-5 (1-е сутки)

/р\ максимальная \флуоресценция

тушение флуоресценции

стационарный ровень

луоресценции время . (сек.) "=

Рис.19. Кривая"изменяющейся флуоресценции хлоропластив листьев в секундном диапозоне.'

главным образом, нейтрализм или антагонизм, за редким исключением стимуляции роста ПЫгоЫия -'-. Отмечен факт влияния на микроорганизмы летучих и газообразных метаболитов прорастающих семян. Это важно для понимания окологии почвенных микроорганизмов (Звягинцев, 1987)." Отмечен также факт проникновения клубеньковых бактерий в ( _ мицелий гиопг1иа , что_также важно для понимания биологии "п ы-. еоЫип и его более пироких возможностей занимать различные окологи-ческие шеи, чем ото представляется сейчас.

. ' > Испытание и адаптация физиолого-биохимических' и биофизических . -методов, приусняепде при исследовании процессов инфицирования рас». тений фитопатогсшиг/и микроорганизмами.-для изучения процесса ин-., фицировашш бобового растения-хозяина клубеньковыми бактериями. В . ' процессе работы по изучение физиологии на начальных отапах инфицирог •вания клубеньковыми бактериями бобовых*растений внимание было сосредоточено на поиске основных "характеристик, интегральных показателей процесса инокуляции - изменениях в проницаемости мембран, энергетики растешш-хозяина (интенсивность работы митохондрий, хло-ропластов) . Показано, что с помощью этих показателей можно вполне удовлетворительно описать характер взаимодействия макро- и михроор-" ганизма в процессе инфицирования. Испытаны и адаптированы для изу-- чения инокуляиионного процесса метод низкочастотного контактного

кондуктометртееского измерения пронипаемости мембран; изучение фото-~ синтетической активности хлоропластов и дыхательной активности ми-• тохондрий с помоцью ионоселективного кислородного электрода Кларка.

Внимание привлек также новый метод, разработанный "биофизиками и „; , физиологами для опенки физиологического состояния растений и их ре-. " акций на внесиие воздействия по переменной флуоресценции хлороплас-тов. (Карапетян, Бухов, 1986).ЛВид кривой кинетики гашения флуорес-"

цениии (кривая Каутского, Хирша) представлена на рис. 19. В прове— . денных нами опытах на бобовых растениях при инокуляции клубеньковыми бактериями (табл. I, 2 ) , показана возможность использования отого \ метода для оценки инокуляционного процесса. Метод прост, доступен, » относится к методам неразрушапцего контроля. Этот метод перепек- Т тивен для использования в селекционной работе для оценки совместимости пар микро- и какроорганизмов (штамм на сорт) . • \/

•',':' ''S'4 ••'• Таблица-I •'

Влияние инокуляции на гашение флуоресценции.хлоропластов горохаА •'-,

Игами ! Значение параметров (уел, ед.)

ризобий I О I $»' ! Гв.

^ уакс. Y вар. 'отн.

Сорт Совершенство ' ' \ . ' ;а

Контроль 1.25,9 ± 3,3 13,1 * 0,9 12,8 ±2,8 0,98

224 Г 32,7 ± 8,Т ' 16,8 ± 3,7 8,8 ±2,7 0,92

250 'I 16,4 ±5,4 16,4 ± 5,4 . 5,5 ± 0,8 0,72 Сорт Московский ' ♦

Контроль ! 32,0 ± 4,2 '15,0 ±0,8 16,8 ±3,2 1,12

224 ! 33,3 ± 0,5 16,8 ± 0,6 18,2 ± 0,5 I.II

' 250 I 30,9 ± 2,8 ; 14,4 ± 1,4 16,0 ± 1,9 1,11

- - - '•„-/'«•_„' -," Таблица 2 Влияние культуральной'жидкости (к/ж)-фитопатогена стакм 42 на

- гавение флуоресценции хлоропластов растений'сои,<-инокулированлцх клубеньковыми бактериями,сои штаммы С-5, С-9 и.6-12 через 2,5 часа после начала воздействия . , >

/ о 1 1 -. - < 1 1

' ! _«_Значрния пагомегровАуел,. рл.)_

' ' Еариант ! №- 1 «Ш ' \5м1~ ' фо '0 вар« \. "охи.

• Сгамм С-5 ч , То же + к/ж

'.Стала» С-9 1

То же + к/ж I

Огамм С-12 - !

То ЖЕ + к/ж 1 Контроль (без ино-1

куляшш), !

То же + к/ж !

1 19,5 •/ 7,0 * \ 6,0

7,0

12,5 1,79

! 21,6 ' 12,7

п;э

2 8,8. 9,6 27,7

14,9

32,4 * *

18,5,

15,5

г Г"

21,3/

10,5

17,8,

14,8>

19,9

. 8,3 13,2 ,4,5/ 7,4 12,7 16,1

.4,6

" 11,9 ' * 4*9''

' 12,9.

4,8 15,8

10,0' 19,5

-1,59 1,64 1,27 1,00 1,33

2,04 1,81

л.

г

- ' ВЫВОДЫ -. . - * :. 1 •

V • " * V ч - - V - г *- ,

# / * 1 - 1

I. Впервые получены данные о влиянии клубеньковых бактерий - •"

и фитопатогена Ривег1иа охуерогша на'Проницаемость мембран кле- \

ток.тканей корней и листьев, дыхание тканей,-фотосинтетическую-ак-

тивность*гороха, люпина, сои на ранних этапах развития ккфекпркй** \"

него процесса задолго до появления видимых симптомов. •- - -ч

2. Показано,-что инокуляция растений гороха, люпина, сои клубеньковыми бактериями изменяет проницаемость клеточных мембран тканей корней по сравнению'с неинокулированными растениями. У рас: тений гороха" снижение проницаемости наблюдается уже через 4 часа - . после инфицирования, у растений люпина - на 1-3 сутки, у инокули- , рованных растений сои выявлена лишь слабая тенденция к снижению проницаемости в первые двое суток.

,. 3. Интенсивность дыхания клеток тканей корней у бактеризованных бобовых растений (измерена ионоселективным электродом по поглощению кислорода) выше, чем у небактеризованных. Абсолютная величина" У и динамика изменений данного показателя зависит от сорта растения _ "_' и штамма клубеньковых бактерий. - ..- '

4. С помощью физиологических показателей подтверждена фазность ., инфекционного процесса на ранних этапах развития симбиоза: а) фа- -за первичного контакта (1-3 сутки) - реакция узнавания ( Багго, >' ТгисЬе1 , 1983), включения сим-генов ( Б]ог^еу1с о1 п1., 1987), реакция тревоги (Сельв, 1982), характеризующаяся началом контакта клеток микроорганизма с клетками корня; для нее характерно : изменение проницаемости мембран, активности дыхания, т.о. комплекс изменений, именуемых адаптационным синдромом (Браун, Мокенок, 1987);- V б) фаза перестройки (фвза сопротивления по Селье, 1982) - характе-;г£;/< * ризуюдаяся волнообразным нзменеш1ем знака:ответной реакции по "ти-.»».»', у• пу "сигнал-ответ"; включишем триггерных механизмов нод-геноп: •;>'!*'-•уг"-( 'Б1огб]еу1о о1 е1. * , 1987) -,3-7 сутки;'.в) .фаза.формирования :.;"{: симбиотического (паразитического) аппарата' (после 7 суток).,-Для ~-.,-,_-Г-~ ? паразитического взаимодействия эта фаза -называется фазой псТсЛе^ •'_<» \!, "V'* юи (по Сслье", 1в82). Прохождение фаз инфекционного процесса эави- - . 1

сит от свойств стаммов микроорганизмов, сорта растении, условии / _ _ .

среды. ' '

., * - 5. Инфицирование бобоЕых растений фитопатогенншл грибом ~« . г. охуорогиа -стамм 42 приводило к значительным изменениям в ' 4 " физиологических показателях растений. Патологически'возрастает про* „нииаемость мембран, усиливается,дыхание, снижается фотосинтетичес- -д кая активность, ухудсается прорастание семян и обе;ео состояние растений гороха, люпина,-сои. , - V- s-

\ 6. Выявлены физиологические характеристики защитного оффекта -А

. клубенькотле бактерий в отнесении растений гороха;'люпина, сои,при - г поражении фитопатогеном F. oxyeporua - мстамм*42. Это проявляет- л -.. ся в снижении негативного действия фитопатогена на показатели про-

нииасмости мембран, дихатм,тканей, фотосинтетической активности Д -„хлоропластов и биомассы растений. 1 f "> " л v 1* *• -~ 7. При изучении взаимоотношений *_1Ш- leguslaocarua, Rh. ncli-,v loti,* Eh. lupini с представителями почвенной микрофлоры установ-( .'лено, что преимущественно они носят характер нейтрализма или анто,- ~ ," гонизма за единичными исключениями. -; , - ч "" ,

8. Испытан ряд физколого-биохимических и. биофизических мето-.•див для изучения ранних стадий развития инокуляцаонного процесса ./- гороха,-люпина, сои: кондуктометрическое измерение проницаемости/мембран клеток тканей, "изучение тканевого,дыхания и фотохимической "активности хлоропластов ионоселективным кислородным электродом, _*' метод измерения изменяющейся флуоресценции хлоропластов. Методы ' • * адаптированы к бобово-ризобиальным симбионтам и могут быть рекомендованы для изучения степени совместимости партнеров симбиоза ' " и езотфиксмрующих ассоциаций. Метод изучения гашения флуоресиенпии "л - хлоропластов и его модификации относится к методам неповреждащего ' "

контроля и может быть использован в лабораторных и полевых условиях для оценки состояния растений при инфицировании как клубеньковыми бактериями, так и фнтопатогенными микроорганизмами.

Автор приносит глубокую благодарность научному руководителю профессору Викторине Куэминичне Сальниковой за' повседневное внимание и больсузо помощь при выполнении и написании данной работы. Автор благодарит также сотрудников лаборатории фитоиммунитета кафедры физиологии растений МГУ Н.В. ' Гужову' .и ЛЛА. Воронкова; сотруд-1Шков лабораторий искусственного.климата МГУ и ТСХА, а также коллектив кафедры микробиологии ТСХА во главе.с профессором В.Т. Ем— иевым за содействие и поддержку:впроведении данной работы.

- '.. СПИСОК ОПУБЛКОЗАИ-Ж РАБОТ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Гужова Н.В., Великанов Н.Л., Сальникова В.Н. Влияние клубеньковых бактерий на проницаемость клеточных мембран растения-хозяина //-Известия ТСХА.-1983.-» З.-С.122-124. •

2. Великанов Н.Л., Е11лып1кова В.К. Некоторые фмзиолого-биохи-мнческие аспекты взаимодействия бобовых растеши с клубеньковыми бактер:мми и фитопатогенными микроорганизмами// сб.биология, культивирование и использование микроорганизмов (бактерий, грибов, водорослей) в народном хозяйство" . Та;лсент. "САН" Узб. ССР.-1983 .-С . 89-90. . У-'. ' '*/ •''

3. Великанов Н.Л., Гужова Н.В., Сильникова В.К. Проницаемость ' мембран растительных тканей, как показатель инфицирования растения-хозяина клубеньковыми бактериями // Тр. Всесоюзного биохимического съезда. Тбилиси, май 1983 г.-1983.-С. 10 .

. л . . V ' •'. • •. •

\

4. Великанов Н.Л.,ЧЛильникова В.К., Гужова И.В. Изменение про-" ницаемости клеточных мембран, люпина, инокулированного клубеньковыми бактериями // сб. "Микроорганизмы, их роль в плодородии почвы и охране окружающей среды", М., TCXA.-I985.-C. 71-74.

5. Великанов Н.Л., Гужова Н.В., Пилъникова В.К. Взаимодействие бобовых растений с симбиотическими и паразитическими микроорганизмами в биоценозах // сб. "Материалы конференции'по споровым растениям Средней Азии и Казахстана". Алма-Ата, сентябрь 1984г.-1934.-

.С.1«._ „ ."-'-. • , *

6.-Великанов Н.Л., Пильникова В.К., Воронков Л.А. Дыхание и фотосинтез инокулированных. клубеньковыми бактериями растений гороха на ранних этапах развития инфекционного процесса // Рукопись депонирована в ЮШ ТОИСХ 455-84 Деп. Рефг "Растениеводство (биологические основы)" - 1885.-№ 2,-С. 33.

7. Пильникова В.К., Великанов Н.Л. Изучение биоэнергетических характеристик (проницаемость мембран, дыхание и фотосшттетическая • активность, корней и листьев) для изучения ранних стадий инфицирования бобовых растений клубеньковыии бактериями и фитопатогеннкми грибами

// Международная конференция по'биологиияпочв и охране биосферы. Поп-' рон 27-30 августа 1985. - 1985.*—С- 8- (на английском языке) . > ,

и-ло-

Л-38019 10/У-88 г. Объем 1'Д п. л. Зак. 1307. Тир. 100

Типография Московской с.-х. академии им. К. А. Тимирязева 127550, Москва И-550, Тимирязевская ул., 44

Бесплатно