Влияние микроорганизмов из многолетнемерзлых пород на морфофизиологические показатели яровой пшеницы

Для повышения урожайности зерновых культур в условиях северных регионов ведется поиск биологически активных препаратов на основе высокоэффективных штаммов бактерий из рода Bacillus. На сегодняшний день существует ряд подобных биопрепаратов (Фитоспорин- М, Бактофит, Гамаир, Интеграл и др.), однако их эффективность в северных регионах может быть снижена, так как активность интродуцированных микроорганизмов связана с их приживаемостью в ризосфере и ризоплане. Описано влияние бактерий рода Bacillus из многолетнемерзлых пород на морфофизиологические показатели проростков мягкой яровой пшеницы сорта Иргина (энергию прорастания, лабораторную всхожесть семян, длину и сырую массу корней и побегов проростков), а также на длину колеоптиля и количество хлорофиллов a, b и каротиноидов в вытяжке пигментов растительного материала. Показано, что всхожесть и морфометрические показатели под влиянием штаммов рода Bacillus из многолетнемерзлых пород были значительно выше по сравнению с действующим штаммом биопрепарата «Фитоспорин-М». Очевидно, что бактерии рода Bacillus в процессе набухания семян (во время их предпосевной обработки) вместе с водой попадают в зерновку и достаточно активно начинают расщеплять запасные питательные вещества, делая их более доступными для усвоения проростком. Высказано предположение, что повышение морфофизиологических показателей яровой пшеницы сорта Иргина является также следствием стимуляции системы фотосинтеза и, соответственно, увеличения эффективности поглощения световой энергии. Учитывая особенности влияния различных штаммов бактерий, выделенных из многолетнемерзлых пород, на морфофизиологические и биохимические параметры растений, можно разработать на их основе биопрепараты направленного или комплексного действия, используя для этого комбинации штаммов.

1. Altschul S.F., Madden T.L., Schäffer A.A., Zhang J., Zhang Z., Miller W., Lipman D.J. Gapped BLAST and PSI-BLAST: a new generation of protein database search programs. Nucleic Acids Res. 1997;25(17):3389-3402.

2. Asaturova A.M., Nadykta V.D., Ismailov V.Ya., Dubyaga V.M., Tomashevich N.S., Zharnikova M.D., Zhevnova N.A., Homyak A.I. Study of the influence bacterization seed on growth and development of fall wheat. Politematicheskiy setevoy elektronnyy nauchnyy zhurnal KubGAU = Polythematic online scientific journal of Kuban State Agrarian University. 2013;85:43-56. (in Russian)

3. Bogdanova E.D., Lewites E.V., Mahmudova K.H. Marker traits of variability induced in Triticum aestivum L. by nicotinic acid. Genetika =Genetics (Moscow). 2009;45(3):354-359. (in Russian)

4. Bome N.A., Belozerova A.A., Bome A.Ya. Biologicheskie svoystva semyan i fenogeneticheskiy analiz kulturnykh rasteniy: uchebno-metodicheskoe posobie [Biological properties of seeds and phenogenetical analysis of crops: guidance manual]. Tyumen, 2007. (in Russian)

5. Brouchkov A.V., Melnikov V.P., Sukhovei Yu.G., Griva G.I., Repin V.E., Kalenova L.F., Brenner E.V., Subbotin A.M., Trofimova Y.B., Tanaka M., Katayama T., Utsumi M. Relict microorganisms of cryolithozone as possible objects of gerontology. Advances Gerontol. 2011;1(1):39-44.

6. Gerhardt F. Metody obshchey bakteriologii. Tom. 3 [Methods of General Bacteriology. Vol. 3]. Moscow, Mir Publ., 1984. (in Russian)

7. Green E. Cytokinine production by microorganisms. Bot. Rev. 1980; 46(1):25-74.

8. Holland M.A. Are cytokinins produced by plant? Plant Physiol. 1997; 115:865-868.

9. Joo G.J., Kim Y.M., Lee I.J., Song K.-S., Rhee I.-K. Growth promotion of red pepper plug seedlings and the production of gibberellins by Bacillus cereus, Bacillus macroides and Bacillus pumilis. Biotechnol. Lett. 2004;26(6):487-491.

10. Kalenova L.F., Sukhovey Yu.G., Brushkov A.V., Melnikov V.P., Fisher T.A., Besedin I.M., Novikova M.A., Efimova J.A., Subbotin A.M. Experimental study of the effects of permafrost microorganisms on the morphofunctional activity of the immune system. Byulleten eksperimentalnoy biologii i meditsiny = Bulletin of Experimental Biology and Medicine. 2011;151(2):164-167. (in Russian)

11. Katashov D.A., Khryanin V.N. Influence of phytohormones and sodium selenate on pigment content and productivity of rape (Brassica napus) cv. Ratnik plants. Izvestiya VUZov. Povolzhskiy region. Estestvennye nauki = University proceedings. Volga region. Natural sciences. 2014;1(5):25-34. (in Russian)

12. Kil’chevskiy A.V., Khotyleva L.V. (Sci. eds.) Geneticheskie osnovy selektsii rasteniy [Genetic Bases of Plant Breeding]. Tom 1: Obshchaya genetika rasteniy [Vol. 1: General Plant Genetics]. Minsk, Belorusskaya nauka Publ., 2008. (in Russian)

13. Kostin V.I., Erofeeva E.N. Adaptation of a winter wheat population to abiotic environmental factors in the autumn, winter, and spring under the effect of natural growth regulators. Vestnik Altayskogo Gosudarstvennogo Agrarnogo Universiteta = Bulletin of the Altai State Agricultural University. 2010;6(68):9-13. (in Russian)

14. Krupnov V.A. Drought and breeding of wheat: a systematic approach. Selskokhozyaystvennaya Biologiya = Agricultural Biology. 2011;1:12-23. (in Russian)

15. Lai F.-M., McKersie B.D. Effect of nutrition of maturation of alfalfa (Medicago sativa L.) somatic embryos. Plant Science. 1993; 91(1):87-95.

16. Lichtenthaler H.K. Chlorophylls and carotenoids, the pigments of photosynthetic biomembranes. Methods Enzymolog. 1987;148:350-382.

17. Lyalichkin O.A. Influence of biological products and fertilizers on barley productivity and grain quality. Dostizheniya nauki i tekhniki APK = Achievements of Science and Technology of AIC. 2011;8:29-31. (in Russian)

18. MacFarlena G.R. Leaf biochemical parameters in Avicennia marina (Forsk) Vierh as potential biomarkers of heavy metal stress in estuarine ecosystems. Mar. Pollut. Bull. 2002;3:244-256.

19. Menlikiev M.Ya., Nedorezkov V.D., Vanyants G.M., Mineev M.I. Fitosporin [Phytosporin]. Ufa, Immunopreparat Enterprise, 1996. (in Russian)

20. Merriman P.R., Price R.D., Kollmorgen J.F., Piggot T., Ridge E.H. Effect of seed inoculation with Bacillus subtilis and Streptomyces griseus on the growth of cereals and carrots. Austral. J. Agr. Res. 1974;25(2):219-226.

21. Rubin A.B., Venediktov P.S., Krendeleva T.E., Pashchenko V.Z. The regulation of initial stages of photosynthesis when changing the physiological state of plants. Fotosintez i produktsionnyy protsess: Sbornik statey mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii [Photosynthesis and production process. Coll. Articles Intern. Scientific Practical. Conference]. Moscow, 1988;29-39. (in Russian)

22. Saitou N., Nei M. The neighbor-joining method: a new method for reconstructing phylogenetic trees. Mol. Biol. Evolution. 1987;4(4): 406-425.

23. Sedykh V.N., Ignatiev L.A. The response of cultivated cedar and fir to oil drilling waste: remote consequences. Sibirskiy ekologicheskiy zhurnal = Siberian Journal of Ecology. 2001;3:355-360. (in Russian)

24. Shulgin I.A., Nichiporovich A.A. Calculation of the content of pigments using nomograms. Chlorophyll. Sbornik statey mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii [Proceedings of the Intern. Scientific and Practical Conference]. Minsk, 1974;127-136. (in Russian)

25. Sidorenko O.D., Voyno L.I. The use of microorganisms of the rhizosphere as a promising bacterial product for agriculture. Vestnik TGU = Tomsk State University Journal. 1999;4(1):87-91. (in Russian)

26. Subbotin A.M., Gnatchenko L.N., Petukhova G.A. Research of physiological parameters of culture of infusorians Paramecium caudatum at influence of filtrates of bacterial cultures of sort Acinetobacter. Vestnik Orenburgskogo gosudarstvennogo universiteta = Vestnik of the Orenburg State University. 2011;12:149-150. (in Russian)

27. Subbotin A.M., Kalenova L.F., Bazhin A.S. Influence of some strains of bacteria isolated from permafrost on the immune and physiological parameters of mice. Vestnik Uralskoy meditsinskoy akademicheskoy nauki = Journal of Ural Medical Academic Science. 2012;4:164. (in Russian)

28. Tamura K., Dudley J., Nei M., Kumar S. MEGA4: molecular evolutionary genetics analysis (MEGA) software version 4.0. Mol. Biol. Evolution. 2007;24:1596-1599.

29. Yudina R.S., Leonova I.N., Salina E.A., Khlestkina E.K. Effect of alien genomic introgressions on the osmotic tolerance of wheat. Vavilovskii Zhurnal Genetiki i Selektsii = Vavilov Journal of Genetics and Breeding. 2014;18(4/1):643-649. (in Russian)

30. Zotikova A.P., Vorobyev N.A., Sobolevskaya Yu.S. Dynamics of the content and the role of carotenoids in needles of Siberian cedar in highlands. Vestnik Bashkirskogo universiteta = Bulletin of Bashkir University. 2001;2:67-69. (in Russian)