Використання амінокислот, як компонентів різних препаратів у передпосівній обробці рослин все частіше привертає увагу як у сільськогосподарській сфері, так і серед науковців-біологів та фізіологів рослин. Амінокислоти є одними з найактивніших учасників метаболізму, які здатні стимулювати проростання насіння, регулювати інтенсивність фотосинтезу, сприяти розвитку і росту, збільшувати врожайність та активувати захисні механізми рослин за дії стресорів. Актуальними є дослідження, спрямовані на вивчення можливості їх екзогенного впливу на рослини сої, для забезпечення стабільного розвитку організму, а також формування та функціонування бобово-ризобіального симбіозу. У зв’язку з цим метою роботи було підібрати концентрації амінокислот (проліну та гліцину), які як компоненти середовища культивування бульбочкових бактерій сприяли б підвищенню їх ростової активності в умовах in vitro, та дослідити стимулювальний вплив на розвиток проростків сої. Показано, що внесення у середовище культивування ризобій високих концентрацій проліну та гліцину (15 мМ) негативно впливало на показник оптичної густини бактеріальної суспензії та титр життєздатних клітин Bradyrhizobium japonicum 634б. За використання проліну як додаткового компонента у поживному середовищі та збільшення його концентрації до 10 мМ відзначено найістотніше підвищення титру мікробних клітин, порівняно з іншими концентраціями цієї амінокислоти і контрольним варіантом. Проаналізувавши вплив обробки сої розчинами амінокислот на динаміку проростання насіння виявили, що пролін вже з четвертої доби зі збільшенням концентрації інтенсифікував цей процес. З’ясовано, що здебільшого амінокислоти сприяли початковому розвитку проростків сої або ж забезпечували його на рівні контрольних, окрім гліцину, який, починаючи з концентрації 5 мМ, пригнічував ріст кореня. Отримані результати свідчать, що пролін та гліцин у разі їх внесення в концентрації 10 мМ у середовище культивування ризобій забезпечують максимальне підвищення титру мікробних клітин B. japonicum 634б порівняно із застосуванням інших концентрацій цих амінокислот. Водночас обробка насіння сої розчинами проліну та гліцину сприяє початковому розвитку проростків. Таким чином, отримані дані підтверджують перспективність подальшого вивчення способів використання цих амінокислот для обробки посівного матеріалу Glycine max (L.) Merr. спільно з інокулянтами або шляхом залучення їх у склад мікробних препаратів з метою забезпечення ефективного формування і функціонування бобово-ризобіального симбіозу за впливу стресових чинників.
Ключові слова: Glycine max (L.) Merr., Bradyrhizobium japonicum 634б, амінокислоти, пролін, гліцин
Повний текст та додаткові матеріали
У вільному доступі: PDFЦитована література
1. Kots, S.Ya. (2021). Biological nitrogen fixation: achievements and prospects. Fiziol. rast. genet., 53, No 2, pp. 128-159 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/frg2021.02.128
2. Szpunar-Krok, E., Bobrecka-Jamro, D., PikuYa, W. & JaXczak-Pieni·ьek, M. (2023). Effect of Nitrogen Fertilization and Inoculation with Bradyrhizobium japonicum on Nodulation and Yielding of Soybean. Agronomy, 13, No. 5, pp. 1341. https://doi.org/10.3390/agronomy13051341
3. Rabbani, M.G., Salam, M.A., Paul, S.K. & Afsana-Kheya, S. (2023). Effect of Rhizobium inoculum on the Growth, Yield and Quality of Soybean. J. Bangladesh Agricult. Univ., 21, No. 1, pp. 1-11. https://doi.org/10.5455/JBAU.141905
4. Vorobey, N.A., Pukhtaievych, P.P., Kots, T.A. & Kots S.Ya. (2022). The use of the nodule bacteria as a remedy for expanding adaptive possibilities of soybean under drought conditions. Fiziol. rast. genet., 54, No. 1, pp. 26-39 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/frg2022.01.026
5. Ciampitti, I.A. & Salvagiotti, F. (2018). New insights into soybean biological nitrogen fixation. Agronomy J., 110, No. 4, pp. 1185-1196. https://doi.org/10.2134/agronj2017.06.0348
6. Gamas, P., Brault, M., Jardinaud, M.F. & Frugier, F. (2017). Cytokinins in Symbiotic Nodulation: When, Where, What For? Trends Plant Sci., 22, No. 9, pp. 792-802. https://doi.org/10.1016/j.tplants.2017.06.012
7. Pavlyshche, A.V. (2019). Formation and functioning of soybean-Bradyrhizobium japonicum symbiosis under using physiologically active substances with fungicidal activity (Unpablished candidate thesis. 03.00.12) Institute of Plant Physiology and Genetics, National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, Ukraine [in Ukrainian].
8. Kots, S., Kiriziy, D., Pavlyshche, A. & Rybachenko, L. (2022). Peculiarities of formation and functioning of the soybean-Bradyrhizobium japonicum symbiotic apparatus in relation to photosynthetic activity under the influence of seed protectants. J. Microbiology, Biotechnol. Food Sci., 11, No. 6. E3128, pp. 1-5. https://doi.org/10.55251/jmbfs.3128
9. Kyrychenko, O.V., Kots, S.Y., Khrapova, A.V. & Omelchuk, S.V. (2022). Biological activity of soybean seed lectin at the spraying of Glycine max plants against the background of seed treatment with pesticide containing fipronil, thiophanate-methyl, pyraclostrobin as active substances and rhizobial bacterization. Regul. Mechan. Biosyst., 13, No. 2, pp. 12-20. https://doi.org/10.15421/022215
10. Kiriziy, D., Kots, S., Rybachenko, L. & Pukhtaievych, P. (2022). Inoculation of soybean seeds by rhizobia with nanometal carboxylates reduces the negative effect of drought on N2 and CO2 assimilation. Plant Soil Environ., 68, pp. 510-515. https://doi.org/10.17221/287/2022-PSE
11. 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. 241-257 [in Ukrainian]. https:/doi.org/10.15407/frg2019.03.241 https://doi.org/10.15407/frg2019.03.241
12. Lakshmi, G., Been, R., Soni, K.B., Viji, M.M. & Jha, U.C. (2023). Exogenously applied plant growth regulator protects rice from heat-induced damage by modulating plant defense mechanism. J. Crop Sci. Biotechnol., 26, No. 1, pp. 63-75. https://doi.org/10.1007/s12892-022-00162-4
13. Li, M., Zhang, P., Guo, Z., Cao, W., Gao, L., Li, Y., Tian, C.F., Chen, Q., Shen, Y., Ren, F., Rui, Y., White, J.C. & Lynch, I. (2023). Molybdenum nanofertilizer boosts biological nitrogen fixation and yield of soybean through delaying nodule senescence and nutrition enhancement. ACS nano, 17, No. 15, pp. 14761-14774. https://doi.org/10.1021/acsnano.3c02783
14. Canellas, L.P., Silva, R.M., Barbosa, L.J.D.S., Sales, F.S., Ribeiro, R.C., Mota, G.P. & Olivares, F.L. (2023). Co-Inoculation with Bradyrhizobium and Humic Substances Combined with Herbaspirillum seropedicae. Promotes Soybean Vegetative Growth and Nodulation. Agronomy, 13, No. 10, pp. 2660. https://doi.org/10.3390/agronomy13102660
15. Korytko, O. (2019). To the question of amino acids and whey consumption. Scientific Messenger of LNU of Veterinary Medicine and Biotechnologies. Series: Agricult. Sci., 21, No. 91, pp. 116-122 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.32718/nvlvet-a9121
16. Mansour, M.M.F. & Salama, K.H.A. (2020). Proline and abiotic stresses: Responses and adaptation. Plant Ecophysiol. Adapt. Climate Change: Mechanisms and Perspectives II. pp. 357-397. https://doi.org/10.1007/978-981-15-2172-0_12
17. Hu, L., Hu, T., Zhang, X., Pang, H. & Fu, J. (2012). Exogenous glycine betaine ameliorates the adverse effect of salt stress on perennial ryegrass. J. Amer. Soc. Hort. Sci., 137, No. 1, pp. 38-46. https://doi.org/10.21273/JASHS.137.1.38
18. Zhu, M., Li, Q., Zhang, Y., Zhang, M. & Li, Z. (2022). Glycine betaine increases salt tolerance in maize (Zea mays L.) by regulating Na+ homeostasis. Front. Plant Sci., 13, p. 978304 https://doi.org/10.3389/fpls.2022.978304
19. Ghosh, U.K., Islam, M.N., Siddiqui, M.N., Cao, X. & Khan, M.A.R. (2022). Proline, a multifaceted signalling molecule in plant responses to abiotic stress: understanding the physiological mechanisms. Plant Biol., 24, No. 2, pp. 227-239. https://doi.org/10.1111/plb.13363
20. Al-Hadithy, M.H.S. & Al-Mohammedi, A.N.A. (2023, April). Effect of Bacterial Inoculation and Foliar Application of Arginine and Glutamic Acids on the Growth of Fenugreek Plant (Trigonella foenum-graecum L.). In IOP Conf. Series: Earth and Environ. Sc. (Vol. 1158, No. 6, pp. 062020). https://doi.org/10.1088/1755-1315/1158/6/062020
21. Shkrabaliuk, A.V., Bohatyrenko, V.A. & Olianovska, M.O. (2021). Study of the amino acid composition of seed alfalfa (Medicago sativa L.). Collection of articles «Fundamental and applied research in modern chemistry and pharmacy» (on the materials of the 8 th Int. Correspon. Cientific-Practical Conf. Young Scientists: Nizhyn, April 23, 2021), pp. 146-150 [in Ukrainian].
22. Didenko, N.O., Volkov, R.A. & Panchuk, I.I. (2016). Effects of saline stress on proline and polyphenolic compounds content in Arabidopsis thaliana Nauk. visn. Cherniv. univ.. Biolohiia (Biolohichni systemy), 8, No. 1, pp. 35-39 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.31861/biosystems2016.01.035
23. Tania, S.S., Rhaman, M.S., Rahaman, M.M. & Hoque, M.A. (2022). Effects of seed priming with proline and glycine betaine on germination, seedling growth, and photosynthetic pigments of rice (Oryza sativa) under chilling stress. J. Agricul. Ecol. Res. Int., 23, No. 5, pp. 15-23. https://doi.org/10.9734/jaeri/2022/v23i530235
24. Akinmolayan, T.V. & Adejumo, S.A. (2022). Pre-sowing Seed Treatment with Proline, Glycine Betaine, and Soil Amendment with Compost as Strategies for Improving Yield and Drought Tolerance in Cowpea. J. Soil Sci. Plant Nutr., 22, No. 4, pp. 4299-4316. https://doi.org/10.1007/s42729-022-01028-y
25. Ghafoor R., Akram, N.A., Rashid, M., Ashraf, M., Iqbal, M. & Lixin, Z. (2019). Exogenously applied proline induced changes in key anatomical features and physio-biochemical attributes in water stressed oat (Avena sativa L.) plants. Physiol. Mol. Biol. Plants, 25, No. 5, pp. 1121-1135. https://10.1007/s12298-019-00683-3 https://doi.org/10.1007/s12298-019-00683-3
26. Khan, M.N., Ijaz, M., Ali, Q., Ul-Allah, S., Sattar, A. & Ahmad, S. (2019). Biological Nitrogen Fixation in Nutrient Management. In: Hasanuzzaman M. (ed.) Agronomic Crops. Springer, Singapore, 2, pp. 127-147. https://doi.org/10.1007/978-981-32-9783-8_8