Роль симбіотичних мікроорганізмів (ризобій) у покращенні виробництва
Див. Обговорення, статистику та авторські профілі для цієї публікації за адресою: http://www.researchgate.net/publication/256456838 Роль симбіотичних мікроорганізмів (випадок ризобій) у покращенні сільськогосподарського виробництва Phaseolus vulgaris в умовах солоного стресу. ТЕЗІВ ЧЕРВЕНЬ 2012 ЗАГРУЗИТИ 3 679 ПЕРЕГЛЯДИ 706 1 АВТОР: Університет Мустафи Фагіре Ібн Зор - Агадір 54 ПУБЛІКАЦІЇ 94 ЦИТАТИ ПЕРЕГЛЯНУТИ ПРОФІЛ Доступно з: Мустафа Фагіре Отримано: 22 вересня 2015
Номер замовлення: 05/2012 ТЕЗА Представлена на факультеті наук і техніки в Марракеші Для здобуття наукового ступеня: доктор UFR: Біотехнологія та біотехніка рослинництва Спеціальність: Агрофізіологія та мікробіологія симбіозів Роль симбіотичних мікроорганізмів (ризобія) у вдосконаленні сільськогосподарського виробництва Phaseolus vulgaris в умовах солоного стресу. Автор: FAGHIRE Mustapha (DESA: Bioprocédés Microbiologiques) Підтримано 30 червня 2012 р. Перед екзаменаційною комісією: Ахмед КАДДУРІ ПЕС Факультет наук і технологій Марракеш Президент Мустафа БАРАКАТ ПЕС Факультет наук Семлялія - Доповідач Марракешу Яхія РАРРАБТІ ФН Факультет полідисциплінарії OUFDOU PES Факультет наук Семлалія - Марракеш Співдиректор Черкі GHOULAM PES Факультет наук і технологій Марракеш Директор
Розділ I зони розподілу (ZD), буде відокремлювати IC від центральної зони зараження (ZI), місця розташування атмосферної фіксації азоту (Parsons and Day, 1990). Рисунок I. 1: Різні етапи встановлення симбіозу кореневищ і бобових. Таблиця I. 1: Основні відмінності між вузликами детермінованого та невизначеного типу (Саттон, 1983; Гірш, 1992). Тип вузлистості визначається невідомо Приклади Корд інфекції Місце ініціації вузликового зародка Вузлова меристема Вузликовий ріст Морфологія Зрілі інфіковані клітини Експортна форма фіксованого азоту Гліцин, Фазеол, Вінья, Лотос Вузька зовнішня кора обмежена активність круговий поділ клітин без вакуолізованих уреїдів (алантоїн) .) Акація, Medicago, Trifolium, Pisum велика внутрішня кора верхівкового та стійкого розширення клітин видовжені, розгалужені дрібні вакуолі амінокислоти (аспарагін, глутамін) 7
Розділ I Рисунок I. 2: Поперечний переріз вузлика квасолі (А), що показує інфіковану ділянку (ZI), оточену вузликовою корою. Збільшення (B) зони кори поблизу судинного сліду (TV), ми спостерігаємо підрозділи на зовнішню кору (EC), середню кору (CM), внутрішню кору (CI) та зону розподілу (ZD), ми розрізняємо інфікованих клітини (CIN) та неінфіковані клітини (CNI). (Drevon et al., 1995) 3.2. Функціонування вузликів Кожен з двох симбіонтів для іншого становить джерело одного з ключових елементів його метаболізму: молекулярний азот, відновлений нітрогеназою бактероїдів (Dommergues et al., 1999), засвоюється в заражених клітинах рослина-хазяїн та експортується до інших рослинних рослин потоком ксилеми в обмін на фотосинтез, що транспортується у вигляді сахарози потоком флоеми до бульбочок (Dixon and Wheeler, 1986) (рис. I. 3). Вузлики - це компоненти, необхідні для функціонування нітрогенази. 8
Глава II Таблиця II.1: Вплив солоності на ріст, бульбоутворення та фіксацію азоту: PSP, суха маса рослин (г рослини -1); співвідношення PSR/PSA, суха маса кореня/суха повітряна маса; NHP, суха маса вузлів (г рослини -1) і TFA, швидкість фіксації азоту (мкмоль N 2. г NHP -1. H -1) у рослин двох генотипів P. vulgaris, інокульованих різними штамами ризобій (CIAT899, RhM11 або RhM14). Штами Генотипи NaCl (мм) CIAT899 RhM11 RhM14 Paulista Efequince Paulista Efequince Paulista Efequince PSP (g рослина -1) PSR/PSA PSN (g рослина -1) TFA (мкмоль N 2. g PSN -1. H -1) 0 1.489 ef 0,644 ab 0,058 від 1,634 до 25 0,720 g 0,492 b 0,087 bcde 0,729 efg 0 1,273 fg 0,489 ab 0,081 cde 0,991 bc 25 1,972 cde 0,534 ab 0,129 bcd 0,795 cdef 0 2,540 bc 0,770 ab 0,164 ab 0,747 defg 25 1,497 ef 0,450 b 0,227 до 0,603 fg 0 3.271 a 1.030 a 0.140 bc 0.941 bcd 25 1.851 def 0.472 b 0.146 bc 0.839 bcde 0 1.351 ef 0.675 ab 0.047 e 0.999 b 25 1.327 fg 0.617 ab 0.079 cde 0.599 fg 0 2.727 ab 0.567 b 0.121 bcde 0.879 bcde 25 2.251 bcd 0.795 ab 0,126 bcde 0,550 g Середні значення, за якими слідує одна і та ж буква в колонці, суттєво не відрізняються (P 0,05) за допомогою тесту LSD 25
Глава II Рисунок II.3: Вплив солоності на симбіотичну фіксацію азоту. Стовпчики з однаковою буквою суттєво не відрізняються (Р 0,05), використовуючи тест LSD. Рисунок II.4: Варіації симбіотичної фіксації азоту (FSA) та росту вузлів (NHP) у порівнянні з контролем при сольовому стресі (A) та варіації ефективності бульбочок (B), оцінені за кількістю азоту, зафіксованого цими органами протягом періоду лікування . 27
Глава II Таблиця II. 2: Вплив солоності на концентрації мінеральних елементів: натрію, калію та фосфору в надземній та кореневій частинах рослин двох генотипів P. vulgaris, інокульованих різними штамами ризобій (CIAT899, RhM11 або RhM14). Штами Генотипи NaCl (мм) CIAT899 RhM11 RhM14 Натрій (%) Калій (%) Фосфор (%) Повітряна частина Коренева частина Повітряна частина Коренева частина Коренева частина Повітряна частина Коренева частина Пауліста 0 1,33 до н. Е. 1,36 до н. Е. 2,36 кд 4,8 до н. Е. 3.43 a 1.90 abc 1.33 ef 3.17 c 2.26 d 6.37 bc Efequince 0 0.90 c 1.79 abcd 2.47 cd 4.70 bc 3.90 cd 2.29 з 25 2.43 до 2.16 abc 0.84 f 3.77 bc 2.47 d 7.30 bc Paulista 0 0.40 c 0.58 d 3.80 a 6.90 a 6.03 до н. е. 2,15 e 25 0,90 c 1,93 abc 2,08 de 3,37 c 4,51 cd 3,13 de Efequince 0 0,35 c 0,92 cd 3,52 ab 4,36 до н. е. 7,48 ab 5,32 cd 25 0,81 c 0,98 cd 0,75 f 3,15 c 5,49 до н. е. 6,87 до н.е. abcd 4,66 до н. е. 4,50 cd 8,79 ab 25 0,55 c 2,70 a 2,52 cd 3,87 bc 3,92 cd 6,82 bc Efequince 0 0,27 c 1,42 abcd 3,14 abc 5,40 ab 8,56 a 10,68 a 25 0,19 c 2,56 ab 2,77 bcd 3,41 c 8,61 a 7,33 до н. е. по одній і тій же букві в колонці суттєво не відрізняються (P 0,05) за допомогою тесту LSD 29
Розділ II розподілу вуглецю є однією з конкуруючих теорій, що сприяють регулюванню FSA у бобових. V. Висновок На підставі наших результатів, обговорених вище, ми можемо зробити висновок, що обробка солі знижувала ріст рослин, метаболічну активність та симбіотичну ефективність у більшості випробуваних комбінацій із значною мінливістю між ними. Найкраще виконання симбіозу в сольових умовах, як видається, головним чином визначається переносимістю бобових культур-господарів та її взаємодією зі штамом ризобій. Інокуляція місцевим штамом ризобій, що характеризується хорошими симбіотичними показниками, може компенсувати втрату в рості рослини-господаря, спричинену солоністю. Крім того, генотипова мінливість у вузликових активностях PEPC та MDH, пов’язаних із метаболічним виділенням вуглецю, здається, є ознакою толерантності до солі, що заслуговує подальшого дослідження. 33
Глава III - Значне зростання при обробці сольовим розчином, за винятком 83-RhM11, в якому солоність спричинила значне збільшення цього параметра (Рисунок III.2A). Аналіз даних сухої маси коренів (PSR) (рис. III. 2B) та сухих речовин у вигляді вузлів (PSN) (рис. III. 2C) показав, що вплив обробки сольовим розчином на ці два параметри не показав жодних змін. Регулярний або значний у всіх випробувані симбіотичні комбінації, за винятком 83-CIAT899, в яких це спричинило значне зменшення цих двох параметрів PSR (47%) та PSN (52%), тоді як у 104- RhM11 це обмеження спричинило значне збільшення цих параметрів (Рисунки III 2B та C). Рисунок III. 2: Вплив солоності на параметри росту: (A) суха маса з повітря (PSA, г МС), (B) маса сухого кореня (PSR, г MS), (C) суха маса вузлів (PSN, г MS), у чотирьох генотипи P. vulgaris, інокульовані різними штамами ризобій (CIAT899 або RhM11). Стовпчики з однаковою буквою суттєво не відрізняються (Р 0,05), використовуючи тест LSD. 39
Розділ III Рисунок III. 3: Вплив солоності на вузликову ферментативну активність: А; кислої фосфатази (APase, нмоль хв -1 г MF -1) і B; Трегалоза 6-фосфатфосфатаза (ТФПаза, нмоль. Хв. -1 -1 G MF -1) у чотирьох генотипах Phaseolus vulgaris, інокульованих різними штамами ризобій (CIAT899 або RhM11). Стовпчики з однаковою буквою суттєво не відрізняються (Р 0,05), використовуючи тест LSD. Рисунок III 4: Залежність активності вузлуватої APase від вузлової активності TPPase чотирьох генотипів бобів (A&E: 83; B&F: 104; C&G: 115 та D&H: 147), інокульованих CIAT 899 (A, B, C та D) або RhM11 (E, F, G і H), культивований без і з 25 мм NaCl. Дані є засобом шести повторень. 41
Глава IV Таблиця IV.1: Вплив солоності на суху повітряну масу (ПСА, г рослини), суху масу коренів (ПСР, г рослина), суху вагу вузликів (ПСН, г рослина) та кількість бульбочок у рослин із двох генотипи P. vulgaris, інокульовані чи не з різними штамами ризобій. Штами Генотипи NaCl PSA PSR PSN Кількість (мм) (г рослини) (г рослини) (г рослини) бульбочок CIAT899 Фламінго 0 1,40 до н.е. 0,20 abcd 0,15 a 74 c 25 1,77 b 0,21 abcd 0,13 ab 94 c Efequince 0 2,29 a 0,23 abcd 0,13 ab 180 ab 25 1,4 bcde 0,26 abcd 0,06 bc 114 bc RhM11 Flamingo 0 1,32 cdef 0,26 abc 0, 09 abc 72 c 25 0,86 ghi 0,27 ab 0,12 abc 93 c Efequince 0 2,42 a 0,30 a 0,16 a 214 a 25 1,11 defgh 0,23 abcd 0,10 abc 188 a Sol Flamingo 0 1,47 bcd 0,25 abc 0,11 abc 62 c 25 0,52 i 0,19 bcd 0,09 abc 79 c Efequince 0 1,63 bc 0,23 abcd 0,09 abc 118 bc 25 1, 25 cdefg 0,22 abcd 0,05 c 75 c Sol St Flamingo 0 1,00 efgh 0,15 cd - - 25 0,95 fghi 0,18 bcd - - Efequince 0 1,23 cdefgh 0,18 bcd - - 25 0,80 hi 0,14 d - - Значення, за якими слідує одна і та ж буква в колонці, суттєво не відрізняються (P 0,05) за допомогою тесту LSD. 51
Глава IV Рослини та штам ризобій. Агрономічні або метаболічні реакції симбіозу бобів-ризобій на сольовий стрес показали варіації залежно від випробуваних комбінацій. Ця генотипова варіація може скласти перспективний шлях для вибору симбіозів, стійких до засолення. 59
Глава V Рисунок V. 2: Дендрограма внутрішньовидового генетичного різноманіття популяцій ризобій, використовуючи коефіцієнт Пірсона та аналіз UPGMA профілів RAPD. 65
Розділ V Рисунок V. 3: Філогенне дерево, породжене аналізом послідовностей генів rrs штамів ризобій, виділених в районі Хауза, що відносяться до роду Rhizobium. Значимість кожної гілки вказується значенням початкового завантаження, розрахованим для 1000 підмножин. 68
Розділ V Рисунок V. 4: Філогенне дерево, породжене аналізом послідовностей гена reca штамів ризобій, виділених в регіоні Хауз, пов’язаних із родом Rhizobium. Значимість кожної гілки вказується значенням початкового завантаження, розрахованим для 1000 підмножин. 69
Розділ V Рисунок V. 5: Філогенне дерево, породжене аналізом послідовностей генів atpd штамів ризобій, виділених в районі Хауза, що відносяться до роду Rhizobium. Значимість кожної гілки вказується значенням початкового завантаження, розрахованим для 1000 підмножин. 70
Розділ V Рисунок V. 6: Філогенне дерево, породжене аналізом послідовностей генів nodc штамів ризобій, виділених в районі Хауза, що відносяться до роду Rhizobium. Значимість кожної гілки вказується значенням початкового завантаження, розрахованим для 1000 підмножин. 73
Розділ V Рисунок V. 7: Філогенне дерево, породжене аналізом послідовностей гена otsa штамів ризобій, виділених в районі Хауза, що відносяться до роду Rhizobium. Значимість кожної гілки вказується значенням початкового завантаження, розрахованим для 1000 підмножин. 76
Розділ V Філогенетичний аналіз гена otsa, проведений в рамках цієї роботи, показав, що цей ген тісно пов'язаний із штамами одного виду. Крім того, деякі стандартні референтні штами R. phaseoli та R. etli, які не є дуже осмотолерантними, демонструють певну схожість у своїх генах otsa з осмотолерантними штамами того ж виду (Fernández-Aunión et al., 2010; Faghire et al. ., 2012). Таким чином, ген otsa може бути хорошим маркером і бути включеним як ген, що кодує білок, корисний для філогенетичних досліджень роду Rhizobium (Faghire et al., 2012). Інші гени, що відіграють роль в осмотолерантності, можуть також відігравати роль у захисті штамів бактерій в умовах сольового стресу; такі як гени, що беруть участь у накопиченні глутамату, гліцину, проліну, бетаїну, ектоїну (Bostford and Lewis, 1990; Alloing et al., 2006; Vriezen et al., 2007; Brique et al., 2010; Sugawara et al., 2010). Вивчення цих генів буде предметом нашої подальшої роботи. 77
Додатки ДОДАТКИ ДОДАТОК1 Дріжджовий екстракт - маніт (YEM) Середній манітол K 2 HPO 4 MgSO 4 NaCl Агарний дріжджовий екстракт Дистильована вода 0,1 г 1 г 0,05 г 0,02 г 0,01 г 1,5 г 100 мл qsp 94