Вивчали симбіотичні системи, створені соєю сорту Алмаз (Glycine max (L.) Merr.) та штамами бульбочкових бактерій Bradyrhizobium japonicum 646, РС09, В157, за різного вологозабезпечення (30 і 60 % ПВ). У результаті досліджень встановлено, що посуха залежно від функціональної та адаптаційної здатності кожного з мікросимбіонтів пригнічувала процес нодуляції, внаслідок чого кількість і маса кореневих бульбочок рослин за недостатнього поливу зменшувалася порівняно з показниками контрольних рослин (вирощених за 60 % ПВ). Недостатнє вологозабезпечення (30 % ПВ) негативно впливало на функціонування симбіотичних систем Glycine max (L.) Merr.—Bradyrhizobium japonicum залежно від тривалості посухи. Штами Bradyrhizobium japonicum РС09 і В157 формували толерантніші до посухи симбіотичні системи оскільки їм була притаманна вища азотфіксувальна активність за зниженого вологозабезпечення (30 % ПВ) і в період відновлення поливу порівняно зі штамом Bradyrhizobium japonicum 646. Показано, що з подовженням посухи (від 3- до 10-ї доби) різниця за фізіологічними й симбіотичними показниками між дослідними і контрольними рослинами збільшувалася, але з відновленням поливу частково нівелювалася залежно від штаму-інокулянта.
Ключові слова: соя (Glycine max (L.) Merr.), азотфіксація, ефективність, симбіоз, ризобії, вологозабезпечення
Повний текст та додаткові матеріали
У вільному доступі: PDFЦитована література
1. Prischepa, Ya. (21.06.2021). Droughts and landslides of natural areas. How global climate changes will affect Ukraine [Electronic resource]. Acess mode: https://suspilne.media/133665-posuhi-ta-zsuv-prirodnih-zon-ak-globalni-zmini-klimatu-vplinut-na-ukrainu/ [in Ukrainian].
2. Reyer, C., Bachinger, J., Bloch, R., Hattermann, F.F., Ibisch, P.L., Kreft, S., Lasch, P., Lucht, W., Nowicki, C., Spathelf, P., Stock, M. & Welp, M. (2012). Climate change adaptation and sustainable regional development: a case study for the Federal State of Brandenburg, Germany. Regional Environmental Change, 12, pp. 523-542. https://doi.org/10.1007/s10113-011-0269-y
3. Challinor, A., Ewert, F., Arnold, S., Simelton, E. & Fraser, E. (2009). Crops and climate change: progress, trends, and challenges in simulating impacts and informing adaptation. J. Exp. Bot., 60, Iss. 10, pp. 2775-2789. https://doi.org/10.1093/jxb/erp062
4. Sadras, V.O. & Milroy, S.P. (1996). Soil-water thresholds for the responses of lea expansion and gas exchange: a review. Field Crops Research, 47, No. 2-3, pp. 253-266. https://doi.org/10.1016/0378-4290(96)00014-7
5. Taiz, L. & Zeigez, F. (2006). Plant Physiology. Sunderland: Sinauer Associates.
6. Gil-Quintana, E., Larrainzar, E., Seminario, A., Diaz-Leal, J.L., Alamillo, J.M., Pineda, M., Arrese-Igor, C., Wienkoop, S. & Gonzalez, E.M. (2013). Local inhibition of nitrogen fixation and nodule metabolism in drought-stressed soybean. J. Exp. Bot., 64, Is. 8, pp. 2171-2182. https://doi.org/10.1093/jxb/ert074
7. Berendsen, R.L., Pieterse, C.M. & Bakker, P.A. (2012). The rhizosphere microbiome and plant health. Trends in Plant Scien., 17, Is. 8, pp. 478-486. https://doi.org/10.1016/j.tplants.2012.04.001
8. Serraj, R. (2003). Effects of drought stress on legume symbiotic nitrogen fixation: Physiological mechanisms. Indian J. Exp. Biol., 41, No. 10. pp. 1136-1141.
9. Matamoros, M.A., Baird, L.M., Escuredo, P.R., Dalton, D.A., Minchin, F.R., Iturbe-Ormaetxe, I., Rubio, M.C., Moran, J.F., Gordon, A.J. & Becana, M. (1999). Stress-induced legume root nodule senescence. Physiological, biochemical and structural alternation. Plant Physiol., 121, Is. 1, pp. 97-111. https://doi.org/10.1104/pp.121.1.97
10. Apel, A. & Hirt, H. (2004). Reactive oxygen species: metabolism, oxidative stress and signal transduction. Annual Review of Plant Biol., 55, pp. 373-399. https://doi.org/10.1146/annurev.arplant.55.031903.141701
11. Esfahani, M.N. & Mostajeran, A. (2011). Rhizobial strain involvement in symbiosis efficiency of chickpea-rhizobia under drought stress: plant growth, nitrogen fixation and antioxidant enzyme activities. Acta Physiol. Plant., 33, pp. 1075-1083. https://doi.org/10.1007/s11738-010-0635-2
12. Kots, S.Ya., Mykhalkiv, L.M., Mamenko, P.M. & Volkogon, M.V. (2011). The study of alfalfa-Sinorhizobium meliloti symbiosis productivity under different water conditions and the influence of the legume seed lectin. J. Agricult. Sci. and Technol., No. 3, pp. 454-457.
13. Staudinger, C., Mehmeti-Tershani, V., Gil-Quintana, E., Gonzalez, E.M., Hofhansl, F., Bachmann, G. & Wienkoop, S. (2016). Evidence for a rhizobia-induced drought stress response strategy in Medicago truncatula. J. Proteom., 136, pp. 202-213. https://doi.org/10.1016/j.jprot.2016.01.006
14. Marino, D., Frendo, P., Ladrera, R., Zabalza, A., Puppo, A., Arrese-Igor, C. & Gonzaмlez, E.M. (2008). Nitrogen fixation control under drought stress. Localized or systemic? Plant Physiol., 143, pp. 1968-1974. https://doi.org/10.1104/pp.107.097139
15. Kosenko, L.V., Mikhalkiv, L.M., Krugova, E.D., Mandrovskaia, N.M., Zatovskaia, T.V. & Kots, S.Ya. (2003). The biological activity of the Sinorhizobium meliloti glucan. Mikrobiologiia, No. 5, pp. 633-638 [in Russian].
16. Kots, S.Ya. Mykhalkiv, L.M. & Melnykova, N.M. (2003). Improving lucerne productivity under water stress by treatment with periplasmic glucan. Grassland Science in Europe, 8, pp. 649-652.
17. Pat. 102763 UA, IPC A01P 21/00, A01N 25/00, Method for improving nitrogen-fixing activity and productivity of the symbiotic systems alfalfa-Sinorhizobium meliloti, Kots, S.Ya., Mykhalkiv, L.M. & Berehovenko, S.K., Publ. 25.11.2015 [in Ukrainian].
18. Kiriziy, D.A., Veselovska, L.I. & Kots, S.Ya. (2014). The influence of drought on gas exchange of leaves of soybean inoculated by rhizobia under seed lectin application. Fiziol. rast. genet., 46, No. 6, pp. 498-506 [in Ukrainian].
19. Babosha, A.V. (2008). Inducible lectins and resistance of plants to pathogenic organisms and abiotic stresses. Biochemistry (Moscow), 73, No. 7, pp. 1007-1022 [in Russian]. https://doi.org/10.1134/S0006297908070109
20. Serraj, R., Sinclair, T.R. & Purcell, L.C. (1999). Symbiotic N2 fixation response to drought. J. Exp. Bot., 50, No. 331, pp. 143-155. https://doi.org/10.1093/jxb/50.331.143
21. Kyrychenko, O.V. (2019). Regulatory role of glucose- and galactose-containing aminosaccharides in the realization of the symbiotic and productive potential of soybean-rhizobium symbiosis under field drought conditions. Fiziol. rast. genet., 51, No. 3, pp. 241-256 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/frg2019.03.241
22. Mykolaievski, V.P., Sergienko, V.G. & Tytova, L.V. (2016). Inoculants influence on the symbiotic systems formation, diseases development and productivity of the different soybean cultivars. Microbiol. & Biotechnol., No. 3, pp. 57-68 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.18524/2307-4663.2016.3(35).78032
23. Perez-Montaco, F., Jimenez-Guerrero, I., Del Cerro, P., Baena-Ropero, I., Lopez-Baena, F.J., Ollero, F.J., Bellogin, R., Lloret, J. & Espuny, R. (2014). The symbiotic biofilm of Sinorhizobium fredii SMH12, necessary for successful colonization and symbiosis of Glycine max cv Osumi, is regulated by quorum sensing systems and inducing flavonoids via NodD1. PLoS One, 9, No. 8, e105901. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0105901
24. Kibido, T., Kunert, K., Makgopa, M., Greve, M. & Vorster, J. (2020). Improvement of rhizobium-soybean symbiosis and nitrogen fixation under drought. Food and Energy Security, 9, Is. 1, e177. https://doi.org/10.1002/fes3.177
25. Mabrouk, Ya. & Belhadj, O. (2012). Enhancing the biological nitrogen fixation of leguminous crops grown under stressed environments. African J. Biotechnol., 48, No. 11, pp. 10809-10815. https://doi.org/10.5897/AJB10.2170
26. Mhadhbi, H., Chihaoui, S., Mhamdi, R., Mnasri, B., Jebara, M. & Mhamdi, R. (2011). A highly osmotolerant rhizobial strain confers a better tolerance of nitrogen fixation and enhances protective activities to nodules of Phaseolus vulgaris under drought stress. African J. Biotechnol., 10, No. 22, pp. 4555-4563.
27. Creus, C.M., Sueldo, R.J. & Barassi, C.A. (2004). Water relations and yield in Azospirillum-inoculated wheat exposed to drought in the field. Canadian J. Bot., 82, No. 2, pp. 273-281. https://doi.org/10.1139/b03-119
28. Grodzinsky, A.M. & Grodzinsky, D.M. (1973). Brief guide to plant physiology. Kiev: Naukova Dumka [in Russian].
29. Netrusov, A.I., Egorova, M.A., Zaharchuk, L.M., Kolotilova, N.N., Kotova, I.B., Semenova, E.V., Tatarinova, N.Yu., Ugolkova, N.V., Tsavkelova, E.A., Bobkova, A.F., Bogdanov, A.G., Danilova, I.V., Dinarieva, T.Yu., Zinchenko, V.V., Ismailov, A.D., Kurakov, A.V., Maksimov, V.N., Milko, E.S., Nikitina, E.P., Ryizhkova, E.P., Semenov, A.M., Homyakova, D.V., Cherdyintseva, T.A. & Yudina, T.G. (2005). Microbiology workshop. Moscow: Akademija [in Russian].
30. Hardy, R.W.F., Holsten, R.D., Jackson, E.K. & Burns, R.C. (1968). The acetylene-ethylene assay for N2 fixation: laboratory and field evaluation. Plant Physiol., 43, pp. 1855-1907. https://doi.org/10.1104/pp.43.8.1185
31. Morgun, V.V. & Kots, S.Ya. (2018). The role of biological nitrogen in nitrogen nutrition of plant. Visnyk NAN Ukrainy, 1, pp. 63-74 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/visn2018.01.062
32. Adamen, F.F., Vergunov, V.A., Lazer, P.N. & Vergunova, J.H. (2006). Agrobiological features of cultivation of soybean in Ukraine. Kyiv: Agrarna nauka [in Russian].