Особенности развития уникальной бобоворизобиальной симбиосистемы в условиях металл-индуцированного стресса

В условиях летнего тепличного опыта оценили развитие бобово-ризобиальных симбиосистем на основе мутантного генотипа гороха SGECdt (Pisum sativum L.) и его дикой линии SGE, выращенных на среде с добавлением токсичных концентраций Cd и Co. Для инокуляции растений использовали консорциум из эндомикоризного гриба Glomus sp.1Fo, клубеньковых бактерий Rhizobiom leguminosarum bv. viciae и ассоциативных АЦК-утилизирующих ризобактерий Variovorax paradoxus 5C-2. Токсические элементы значительно ингибировали рост неинокулированных и инокулированных растений дикой линии SGE по сравнению с растениями SGECdt.
Содержание Cd в побегах растений обоих генотипов повышалось в присутствии токсичной концентрации Co, последнего, напротив, снижалось. Тот же эффект сохранялся и при инокуляции микроорганизмами. Внесение микробов нивелировало токсичное воздействие ксенобиотиков и увеличивало биомассу у обоих генотипов гороха в отсутствии внесения изучаемых ксенобиотиков. Микробный консорциум также способствовал увеличению транспортировки биофильных микроэлементовантагонистов в надземные органы гороха.
В целом на основании результатов фрактального расчета, несмотря на ингибирование роста, дикая линия показала более высокие значения степени организации микроэлементов внутри побегов и семян, нежели мутантный генотип. Стагнацию или уменьшение индексов биоконсолиции микроэлементов в гомеостазе побегов мутантой линии, вероятно, можно истолковать перераспределением поступления источников питания между партнерами симбиостемы в пользу микросимбионтов. Увеличение показателей индекса биоконсолидации в семенах можно считать положительным эффектом, поскольку наилучшая мобилизация микроэлементов в их семядолях, помимо повышения энергии прорастания у потомков, благоприятно скажется и на увеличении адаптационного потенциала растений.

1. Леппянен И.В. и др. Анализ эффектов совместной инокуляции грибами арбускулярной микоризы и ризобиями на рост и развитие растений гороха Pisum sativum L. Сельскохозяйственная биология. 2021; 56(3): 475–486. https://doi.org/10.15389/agrobiology.2021.3.475rus

2. Штарк О.Ю., Борисов А.Ю., Жуков В.А., Неманкин Т.А., Тихонович И.А. Многокомпонентный симбиоз бобовых c полезными почвенными микроорганизмами: генетическое и эволюционное обоснование использования в адаптивном растениеводстве. Экологическая генетика. 2011; 9(2): 80–94. https://www.elibrary.ru/ofytur

3. Mulet J.M., Campos F., Yenush L. Editorial: Ion Homeostasis in Plant Stress and Development. Frontiers in Plant Science. 2020; 11: 618273. https://doi.org/10.3389/fpls.2020.618273

4. Belimov A.A., Malkov N.V., Puhalsky J.V., Safronova V.I., Tikhonovich I.A. High specificity in response of pea mutant SGECdt to toxic metals: Growth and element composition. Environmental and Experimental Botany. 2016; 128: 91–98. DOI: https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2016.04.009

5. Tsyganov V.E. et al. A Chemically Induced New Pea (Pisum sativum) Mutant SGECdt with Increased Tolerance to, and Accumulation of, Cadmium. Annals of Botany. 2007; 99(2): 227–237. https://doi.org/10.1093/aob/mcl261

6. Belimov A.A. et al. Microbial Consortium of PGPR, Rhizobia and Arbuscular Mycorrhizal Fungus Makes Pea Mutant SGECdt Comparable with Indian Mustard in Cadmium Tolerance and Accumulation. Plants. 2020; 9(8): 975. https://doi.org/10.3390/plants9080975

7. Nanda A., Mohapatra B.B., Mahapatra A.P.K., Mahapatra A.P.K., Mahapatra A.P.K. Multiple comparison test by Tukey’s honestly significant difference (HSD): Do the confident level control type I error. International journal of statistics and applied mathematics. 2021; 6(1-A): 59–65. https://doi.org/10.22271/maths.2021.v6.i1a.636

8. Богатых Б.А. Фрактальная природа живого: системное исследование биологической эволюции и природа сознания. Москва: URSS. 201; 253. ISBN 978-5-397-02429-7 https://www.elibrary.ru/qkuptt

9. Розенберг Г.С. Фрактальные методы анализа структуры сообществ. Принципы экологии. 2018; (4): 4–43. https://www.elibrary.ru/zcuptf

10. Лаврентьева Г.В., Круглов С.В., Анисимов В.С. Динамика катионного состава почвенного раствора известкованной дерново-подзолистой почвы при загрязнении Co и Cd и изменении pH. Почвоведение. 2008; (9): 1092–1100. https://www.elibrary.ru/jjwgfn

11. Круглов С.В., Анисимов В.С., Лаврентьева Г.В., Анисимова Л.Н. Параметры селективной сорбции Co, Cu, Zn и Cd дерново-подзолистой почвой и черноземом. Почвоведение. 2009; (4): 419–428. https://www.elibrary.ru/jxoumv

12. Belimov A.A. et al. Rhizobial ACC deaminase contributes to efficient symbiosis with pea (Pisum sativum L.) under single and combined cadmium and water deficit stress. Environmental and Experimental Botany. 2019; 167: 103859. https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2019.103859