Мельник Вікторія

к.б.н., молодший науковий співробітник

Коць Сергій

член-кореспондент НАН України, д.б.н., професор

завідувач відділу симбіотичної азотфіксації

заступник директора з наукової роботи

Інститут фізіології рослин і генетики НАН України

м. Київ

АКТИВНІСТЬ КАТАЛАЗИ У БУЛЬБОЧКАХ СОЇ РІЗНИХ ЗА ЕФЕКТИВНІСТЮ СИМБІОТИЧНИХ СИСТЕМ ЗА ДІЇ ПОСУХИ

Посуха – стресовий чинник навколишнього середовища, що негативно впливає на ріст і розвиток бобових культур, обмежує симбіотичну азотфіксацію, призводить до зниження кількості та погіршення якості отриманого врожаю [1]. У бобово-ризобіальних системах за дії недостатнього водозабезпечення відбувається посилене генерування активних форм кисню, очищення і попередження утворення яких здійснюється, зокрема, ферментами антиоксидантної системи. Ключовим в утилізації пероксиду водню є фермент каталаза. Теоретично вона здатна захищати леггемоглобін бульбочок від токсичної дії пероксиду водню [2, 3]. Вивчення активності окисно-відновних ферментів у симбіотичних системах різної ефективності є актуальним для встановлення механізмів, що забезпечують стійкість рослин до дії несприятливих факторів довкілля.

Метою даної роботи було дослідити активність каталази у бульбочках різних за ефективністю симбіотичних систем соя – Bradyrhizobium japonicum в умовах оптимального та недостатнього водозабезпечення. Рослини сої сорту Васильківська вирощували у вегетаційних умовах у посудинах Вагнера на промитому річковому піску, що містив суміш Гельрігеля (0,25 норми азоту) і мікроелементи, за природного освітлення. Інокуляцію насіння проводили ризобіями з музейної колекції Інституту фізіології рослин і генетики НАН України. У роботі використовували: штами B. japonicum 646 і Т21-2 – ефективні, 604к – неефективний, а також малоефективний Tn5-мутант 113. Модельну посуху (30 % повної вологоємкості (ПВ)) створювали, починаючи з фази 2-х справжніх листків контрольованим поливом, який тривав 16 діб, після чого полив відновлювали на рівні оптимального (60 % ПВ). Активність каталази у бульбочках визначали за методикою [4] і виражали в одиницях активності (ОА) на 1 мг білка. Результати обраховували статистично [5].

Як за оптимального, так і за недостатнього водозабезпечення відмічали зниження активності каталази у бульбочках, сформованих неефективним штамом B. japonicum 604к і малоактивним Tn5-мутантом 113 у порівнянні з активністю даного фермента у бульбочках, утворених ефективними штамами 646 і Т21-2 (рис. 1). Показано зниження активності каталази у бульбочках ефективних та неефективних симбіотичних систем, вирощених за нестачі вологи, що може бути пов'язано зі зниженням за цих умов азотфіксувальної активності кореневих бульбочок [6].

Рис. 1. – Активність каталази (ОА/мг білка) у бульбочках сої, інокульованої B. japonicum за різного водозабезпечення (16-та доба посухи)

Оскільки активність каталази пов’язана з регуляторними і захисними механізмами, які включає рослина-господар при інокуляції, то висока активність цього ферменту у бульбочках є необхідною умовою активного функціонування симбіотичних систем. За оптимального водозабезпечення активність каталази у бульбочках була підвищеною при ефективному симбіозі. За посушливих умов збільшення активності каталази у бульбочках сої, інокульованої B. japonicum Т21-2 у порівнянні з варіантом із використанням штаму 646 може свідчити про посилене утворення активних форм кисню і активацію механізмів, що захищають рослини від окислювальних пошкоджень, викликаних стресом. Отже, підбір ефективних штамів-інокулянтів B. japonicum сприятиме підвищенню біологічної фіксації азоту за умов посухи.

Література

1. Marino D. Nitrogen fixation control under drought stress. Localized or systemic? [Text] / D. Marino, P. Frendo, R. Ladrera, A. Zabalza, A. Puppo, C. Arrese-Igor, E.M. Gnzalez // Plant Physiol. – 2008. – 143. – P. 1968–1974.

2. Биологическая фиксация азота: бобово–ризобиальный симбиоз: монография: [Текст] в 4-х т. /том 1/ С.Я.Коць, В.В.Моргун, В.Ф.Патыка и др. – К.: Логос, 2010. – С. 258 – 310.

3. Matamoros M.A. Biochemistry and molecular biology of antioxidants in the rhizobia–legume symbiosis [Text] / M.A. Matamoros, D.A. Dalton, J. Ramos, M.R. Clemente, M.C. Rubio, M. Becana // Plant Physiol. – 2003. – 133. – P. 449–509.

4. Aeby H. Catalase in vitro [Text] / H. Aeby // Methods Enzymol. – 1984. – 105. – P. 121–126.

5. Доспехов Б.А. Методика полевого опыта [Текст] / Б.А. Доспехов. – М.: Агропромиздат, 1985. – 351 с.

6. Мельник В.М. Формування і функціонування симбіотичних систем соя – Bradyrhizobium japonicum за різного водозабезпечення [Текст] / В.М. Мельник, С.Я. Коць // Физиология растений и генетика. – 2015. – 47, № 6. – С. 483–490.