doi: 10.15389/agrobiology.2017.4.830rus

УДК 636.086.3:581.1:577.171.52:58.071:631.847.3

Работа выполнена при частичной поддержке грантом СПбГУ № 1.37.534.2016, грантом РНФ № 16-16-00118, грантами РФФИ № 15-29-02753-офи-м и № 15-04-04750-а. Исследования проведены с использованием оборудования ресурсного центра Научного парка СПбГУ «Развитие молекулярных и клеточных технологий» (НИР № 109-98).

 

СОДЕРЖАНИЕ АУКСИНА У ЛЮЦЕРНЫ ХМЕЛЕВИДНОЙ (Medicago
lupulina
L.) ПРИ ИНОКУЛЯЦИИ ГРИБОМ Rhizophagus irregularis НА
ФОНЕ НИЗКОЙ ОБЕСПЕЧЕННОСТИ ДОСТУПНЫМ ФОСФОРОМ

А.П. ЮРКОВ1, 2, 3, С.В. ВЕСЕЛОВА4, Л.М. ЯКОБИ1, Г.В. СТЕПАНОВА5,
Г.Р. КУДОЯРОВА6, М.Ф. ШИШОВА3

Арбускулярную микоризу (АМ) образуют 92 % семейств наземных растений с грибами отдела Glomeromycota. АМ может определять продуктивность растений и их адаптацию к неблагоприятным факторам среды, особенно при низком количестве питательных веществ в почве. Показано, что доступность неорганического фосфора (Pi) — ключевой фактор развития АМ симбиоза. Развитие АМ симбиоза приводит к морфофизиологическим модификациям в корневой системе растений, что указывает на возможность АМ-индуцированных изменений активности эндогенных регуляторов роста. В последние несколько лет выявлена роль ауксина в становлении взаимоотношений между растением-хозяином и АМ грибом. При экзогенной обработке ауксином показано ускорение прорастания спор АМ гриба, интенсификация процесса колонизации и последующего роста гиф. В настоящем исследовании впервые проведена оценка динамики эндогенной концентрации индолилуксусной кислоты (ИУК) в корнях и листьях у сильно микотрофной линии люцерны хмелевидной (Medicago lupulina L. var.vulgaris Koch) в условиях низкого содержания доступного для растений фосфора в почве. В качестве модели была выбрана люцерна хмелевидная, сортопопуляция ВИК32, линия MlS-1. Для инокуляции использовали штамм RCAM00320 АМ гриба Rhizophagus irregularis из коллекции Всероссийского НИИ сельскохозяйственной микробиологии. Содержание ИУК определяли в корнях и надземных частях. В фазу семядолей (1-е сут после посадки) были взяты семядоли, в фазу первого настоящего листа (14-е сут) — округлый и 1-й настоящий лист, в фазу второго настоящего листа (21-е сут) — округлый, 1-й и 2-й настоящий листы, в фазу стеблевания (35-е сут) — 2-й, 3-й и 4-й лист, в фазу цветения (50-е сут) — три верхних листа до первого соцветия (3-й, 4-й и 5-й листы). При низком содержании фосфора в почве растения в контроле очень медленно увеличивали биомассу корней и побегов. Существенное накопление биомассы было отмечено только в фазу цветения. Инокуляция практически не влияла на увеличение массы корня (вплоть до фазы цветения), но индуцировала многократное увеличение массы надземной части. Первый отклик на микоризацию был выявлен для побегов с 14-х сут. Наиболее значительный прирост надземной массы АМ растений наблюдался в фазу стеблевания. Анализ степени микоризации показал, что арбускулы играют ключевую роль в формировании эффективного симбиоза у люцерны в фазу 1-го и 2-го листа: значение a/(1-a), характеризующее кратность превышения обилия арбускул над обилием внутрикорневого мицелия, возрастало до 8,0±0,7 и 18,5±1,3; в более поздние фазы (стеблевание и цветение) роль арбускул снижалась в сравнении с развитием внутрикорневого мицелия. Увеличение содержания ИУК в корнях в фазу 1-го листа (в 2,2 раза), то есть уже на самых ранних этапах формирования АМ симбиоза, привело к ингибированию роста корня. В то же время повышение количества эндогенной ИУК в листьях в фазу 2-го листа (в 1,8 раза) предшествовало увеличению масса надземных частей, а значит, рост концентрации ИУК существенно интенсифицировал развитие надземных частей в фазах стеблевания и цветения.

Ключевые слова: ауксин, индолилуксусная кислота, арбускулярная микориза, симбиотическая эффективность,Rhizophagus irregularis, Medicago lupulina.

 

Полный текст

 

 

EFFECT OF INOCULATION WITH ARBUSCULAR MYCORRHIZAL
FUNGUS Rhizophagus irregularis ON AUXIN CONTENT IN HIGHLY
MYCOTROPHIC BLACK MEDICK UNDER LOW PHOSPHORUS IN SOIL

A.P. Yurkov1, 2, 3, S.V. Veselova4, L.M. Jacobi1, G.V. Stepanova5,
G.R. Kudoyarova6, M.F. Shishova3

The investigation is focused on the elucidation of symbiotic effectiveness mechanisms of arbuscular mycorrhiza (AM) which is one of the most widespread symbiosis, developed between Glomeromycota fungi and 92 % of land plants. The role of auxin in regulation of plant development with AM fungi symbiosis might be considered as one of such mechanisms, since this plant hormone plays a key role in root development and accelerates spore germination, intensifies the infection process and subsequent growth of the hyphae after exogenous addition. This study is aimed to identify for the first time the dynamics of endogenous indole acetic acid (IAA) concentration in roots and leaves of strongly mycotrophic black medick line (Medicago lupulina) under conditions of low-phosphorus available for plants nutrition in the soil. Analyses were carried out in the course of plant development. On day 14 after sowing (DAS), at the stage of the first true leaf development, we observed primary infection, the formation of the first arbuscules (a, %) and vesicles in roots, and the beginning of lateral root formation and primary growth response to mycorrhization manifested in the development of above-ground plant parts. On DAS 21 (the second leaf stage) there was a significant growth response to mycorrhization and arbuscule development in roots. On DAS 35, at shooting stage, the arbuscule development and active development of vesicles in roots occurred. Finally, on DAS 50 (at flowering start) the vesicles development was more active. Analysis of mycorrhization level showed that arbuscules played a key role in the formation of effective symbiosis in black medick at the stages of the first and second leaf, and the a/(100 % - a) value increased to 8.0±0.7 and 18.5±1.3, respectively. At later stages of shooting and flowering, their role diminished as compared to the mycelium development in the roots. The efficiency of the inoculation with AM Rhizophagus irregularis symbiotic fungi tested by weight of aboveground parts significantly increased starting with the phase of the second leaf, and remained high until the end of the experiment (above 120 %). At the same time, the weight response was absent in roots until the phase of flowering. A 2.2-fold increase in IAA level in roots at the phase of the first leaf, i.e. at the earliest stages of AM symbiosis establishing, led to inhibition of the root growth. On the other hand, the 1.8-fold increase in endogenous IAA in leaves at the second leaf phase was preceded by the elevation of AM efficiency by weight for aboveground parts, and, therefore, a shift in IAA concentration significantly intensified development of the aboveground parts at the shooting and flowering.

Keywords: auxin, indolilacetic acid, arbuscular mycorrhiza, symbiotic efficiency, Rhizophagus irregularis, Medicago lupulina.

 

1ФГБНУ Всероссийский НИИ сельскохозяйственной микробиологии,
196608 Россия, г. Санкт-Петербург—Пушкин, ш. Подбельского, 3,
e-mail: yurkovandrey@yandex.ru, lidija-jacobi@yandex.ru;
2ФГБОУ ВО Российский государственный
гидрометеорологический университет,

195196 Россия, г. Санкт-Петербург, Малоохтинский пр., 98;
3ФГБОУ ВО Санкт-Петербургский государственный университет,
199034 Россия, г. Санкт-Петербург, Университетская наб., 7-9,
e-mail: mshishova@mail.ru;
4ФГБУН Институт биохимии и генетики
Уфимского научного центра РАН,

450054 Россия, г. Уфа, Проспект Октября, 71,
e-mail: veselova75@rambler.ru;
5ФГБНУ Всероссийский НИИ кормов им. В.Р. Вильямса,
141055 Россия, Московская обл., г. Лобня, Научный городок, кор. 1,
e-mail: gvstep@yandex.ru;
6ФГБУН Уфимский институт биологии РАН,
450054 Россия, г. Уфа, Проспект Октября, 69,
e-mail: guzel@anrb.ru

Поступила в редакцию
21  октября 2016 года

 

назад в начало