Влияние микроорганизмов рода Bacillus на морфологические параметры и фотосинтетический аппарат Allium cepa
Аннотация
Обоснование. Криосфера является хранилищем древних экосистем, в частности дисперсных грунтов, перешедших в мерзлое состояние. Известно, что данные грунты содержат определенное количество как абиотических, так и биотических компонентов, в том числе бактериальных клеток, находящиеся в гипометаболическом состоянии с содержанием в одном грамме грунта порядка 104-106 КОЕ. Многолетнемёрзлые породы (вечная мерзлота) широко распространены в северном полушарии, их возраст достигает от сотен тысяч до миллионов лет, поэтому содержащиеся в них бактериальные компоненты в полной мере можно отнести к палеобактериям. Ассоциации современной флоры с арктическими палеобактериями вызывает интерес не только с точки зрения изучения фундаментальных основ взаимодействия различных организмов, но и как перспективный биотехнологический ресурс в адаптивном растениеводстве.
Цель исследований. Оценить влияния арктических палеобактерии рода Bacillus на морфофизиологические показатели корней и перьев лука Allium cepa, а также на его фотосинтетическую активность при различных температурах культивирования.
Материалы и методы. Объектом исследования был выбран лук Allium cepa, так как данное растение чувствительно к различным факторам окружающей среды и является эталоном для изучения токсичности. Использовали бактерии рода Bacillus (штамм 875 TS), зарегистрированный во Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов под регистрационным номером B-12242. Оценивали морфофизиологические показатели: количество корней и перьев, их длину и массу, количество темных и изогнутых корней и перьев, концентрацию пигментов фотосинтеза в зеленой части проростков Allium cepa методом абсорбционной спектрофотометрии.
Результаты. Проведенные исследования показали, что бактерии рода Bacillus штамм 875 TS из многолетнемерзлых пород в концентрации 104 при температуре их инкубации 36°С оказывают наибольшее положительное влияние на содержание пигментов фотосинтеза, на корнеобеспечение и развитие вегетативной части лука Allium cepa.
Заключение. Бактерии рода Bacillus оказывают воздействие на развитие растения, в частности на формирование корневого и вегетативного аппарата, обогащают растения полезными веществами и являются перспективным биологическим ресурсом для разработки биопрепаратов в повышении урожайности сельскохозяйственных культур.
Информация о спонсорстве. Работа выполнена в рамках государственного задания на 2021-2030 годы «Пространственно-временные явления и процессы, происходящие в водах земли Сибири в условиях современного техногенеза и изменения климата» (Приоритетное направление 1.5.11. Программа 1.5.11.1).
EDN: EFBJTI
Скачивания
Литература
Бажин, А. С., Субботин, А. М., Петров, С. А., Нарушко, М. В., & Каленова, Л. Ф. (2021). Влияние буровых шламов разной степени очистки на морфофизиологические показатели злаковых растений. В Сборник материалов международной конференции «Современные исследования трансформации криосферы и вопросы геотехнической безопасности сооружений в Арктике» (с. 43–46). Салехард. https://doi.org/10.7868/9785604610848009. EDN: https://elibrary.ru/YTRKWN
Петров, С. А., Еноктаева, О. В., Субботин, А. М., & Мальчевский, В. А. (2015). Комплексная балловая система оценки воздействия микроорганизмов на пролиферацию клеток корневой меристемы Allium cepa L. Фундаментальные исследования, 7 4, 687–690. EDN: https://elibrary.ru/UGAQNJ
Ландина, Л. Н. (2021). Стандартизация сухого экстракта сока мякоти тыквы, обладающего гиполипидемическим действием по содержанию β каротина. Медицина, 1, 79–92. https://doi.org/10.29234/2308-9113-2021-9-1-79-92. EDN: https://elibrary.ru/JIHQOO
Лаханов, А. П., Коломейченко, В. В., & Фесенко, Н. В. (2004). Морфофизиология и продукционный процесс гречихи (435 с.). Орёл: Орловский государственный аграрный университет. EDN: https://elibrary.ru/PBXPZZ
Коробко, В. В., Пчелинцева, Н. В., Лунёва, М. А., & Самсонова, Е. А. (2017). Особенности роста и развития проростков пшеницы (Triticum aestivum L.) при действии 2,4,6 трифенил 3,5 дихлорпиридина и 2,6 дифенил 3 хлорпиридина. Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Химия. Биология. Экология, 17(1), 72–78. https://doi.org/10.18500/1816-9775-2017-17-1-72-78. EDN: https://elibrary.ru/YKKJAB
Иванов, Л. А., Ронжина, Д. А., Юдина, П. К., Золотарева, Н. В., & Калашникова, И. В. (2020). Сезонная динамика содержания хлорофиллов и каротиноидов в листьях степных и лесных растений на уровне вида и сообщества. Russian Journal of Plant Physiology, 67(3), 278–288. https://doi.org/10.31857/S0015330320030112. EDN: https://elibrary.ru/XMYDPZ
Курбанова, М. Н., Сураева, Н. М., Рачкова, В. П., & Самойлов, А. В. (2018). Сравнительное изучение показателей токсической активности в Аллиум тесте. Аграрный вестник Урала, 4(171), 25–30. EDN: https://elibrary.ru/XUCOKD
Тютерева, Е. В., Иванова, А. Н., & Войцеховская, О. В. (2014). К вопросу о роли хлорофилла b в онтогенетических адаптациях растений. Ботанический институт им. В. Л. Комарова РАН, 134(3), 249–256. EDN: https://elibrary.ru/SGZRUX
Субботин, А. М., Петров, С. А., Мальчевский, В. А., & Хрупа, Д. А. (2018). Цитогенетический анализ влияния бактерий Serratia fonticola, выделенных из проб многолетнемерзлых пород, на клетки корневой системы Allium cepa L. В Тезисы докладов XI Международной конференции «Биология клеток растений in vitro и биотехнология» (с. 220–221). Минск. EDN: https://elibrary.ru/YRDMFV
Basu, S., & Tripura, K. (2021). Differential sensitivity of Allium cepa L. and Vicia faba L. to aqueous extracts of Cascabela thevetia (L.) Lippold. South African Journal of Botany, 139, 67–78. https://doi.org/10.1016/j.sajb.2021.01.033. EDN: https://elibrary.ru/UKTTBB
Collins, T., & Margesin, R. (2019). Microbial ecology of the cryosphere (glacial and permafrost habitats): current knowledge. Applied Microbiology and Biotechnology, 103, 2537–2549. https://doi.org/10.1007/s00253-019-09631-3. EDN: https://elibrary.ru/UOMKYI
Liang, R., Li, Z., Lau Vetter, M. C. Y., et al. (2021). Genomic reconstruction of fossil and living microorganisms in ancient Siberian permafrost. Microbiome, 9, 110. https://doi.org/10.1186/s40168-021-01057-2. EDN: https://elibrary.ru/DCXMWZ
Renev, N. O., Rodina, E. S., Subbotin, A. M., & Malchevskiy, V. A. (2021). Influence of bacterial metabolites from permafrost on morphophysiological parameters of potato material in vitro. In International Scientific and Practical Conference “Fundamental Scientific Research and Their Applied Aspects in Biotechnology and Agriculture” (FSRAABA 2021) [BIO Web of Conferences, vol. 36, article 05009]. Tyumen. https://doi.org/10.1051/bioconf/20213605009. EDN: https://elibrary.ru/XSQJDD
Smigocki, A. C., Heu, S., Mccanna, I., Wozniak, C., & Buta, G. (1997). Insecticidal compounds induced by regulated overproduction of cytokinins in transgenic plants. In N. Carozzi & M. Koziel (Eds.), Advances in insect control: the role of transgenic plants (pp. 225–236). Bristol.
Jansson, J. K., & Taş, N. (2014). The microbial ecology of permafrost. Nature Reviews Microbiology, 12, 414–425. https://doi.org/10.1038/nrmicro3262. EDN: https://elibrary.ru/SOEPQH
Bauer, M. A., Kainz, K., Carmona Gutierrez, D., & Madeo, F. (2018). Microbial wars: competition in ecological niches and within the microbiome. Microbial Cell, 5(5), 215–219.
Panikov, N. S. (2009). Microbial activity in frozen soils. In R. Margesin (Ed.), Permafrost Soils (pp. 119–147). Innsbruck.
Brouchkov, A. V., Trofimova, Y. B., Melnikov, V. P., Sukhovei, Y. G., Griva, G. I., Kalenova, L. F., Subbotin, A. M., Repin, V. E., Brenner, E. V., Tanaka, M., Katayama, T., & Utsumi, M. (2011). Relict microorganisms of cryolithozone as possible objects of gerontology. Advances in Gerontology, 39–44. https://doi.org/10.1134/S207905701101005X. EDN: https://elibrary.ru/RHEVRD
Ghanem, M. E., Albacete, A., Smigocki, A. C., Frebort, I., Pospíšilová, H., Martínez Andújar, C., Acosta, M., Sanchez Bravo, J., Lutts, S., Dodd, I. C., & Pérez Alfocea, F. (2011). Root synthesised cytokinins improve shoot growth and fruit yield in salinised tomato (Solanum lycopersicum L.). Journal of Experimental Botany, 62, 125–140. https://doi.org/10.1093/jxb/erq266. EDN: https://elibrary.ru/OARSPZ
Smigocki, A. C., Heu, S., & Buta, S. G. (2000). Analysis of insecticidal activity in transgenic plants carrying the IPT plant growth hormone gene. Acta Physiologiae Plantarum, 22, 295–299. https://doi.org/10.1007/s11738-000-0038-x. EDN: https://elibrary.ru/VAHFDA
Souza, C. P., Guedes, T. A., & Fontanetti, C. S. (2016). Evaluation of herbicides action on plant bioindicators by genetic biomarkers: a review. Environmental Monitoring and Assessment, 188.
Kastornov, A. A., Subbotin, A. M., & Petrov, S. A. (2022). The influence of microorganisms of the Arctic paleoecosystems on the morphometric parameters and the cytogenetic apparatus of Allium cepa. In Dedicated to the 101st anniversary of the discovery of the law of homological series and the 134th anniversary of the birth of N. I. Vavilov [BIO Web of Conferences, vol. 43, article 03013]. Saratov. https://doi.org/10.1051/bioconf//20224303013. EDN: https://elibrary.ru/UCFFKT
Timofeev, V. N., & Subbotin, A. M. (2024). Preparations based on bacteria from frozen rocks during the dressing of spring wheat seeds. BIO Web of Conferences, 108, article 10006. https://doi.org/10.1051/bioconf/202410810006. EDN: https://elibrary.ru/SMQVPA
Wintermans, J. F., & de Mots, A. (1965). Spectrophotometric characteristics of chlorophylls a and b and their phenophytins in ethanol. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) — Biophysics including Photosynthesis, 109, 448–453. https://doi.org/10.1016/0926-6585(65)90170-6
References
Bazin, A. S., Subbotin, A. M., Petrov, S. A., Narushko, M. V., & Kalenova, L. F. (2021). Effect of drilling cuttings with different purification degrees on morphophysiological parameters of cereal plants. In Proceedings of the international conference “Modern studies of cryosphere transformation and issues of geotechnical safety of structures in the Arctic” (pp. 43–46). Salekhard. https://doi.org/10.7868/9785604610848009. EDN: https://elibrary.ru/YTRKWN
Petrov, S. A., Enoktaeva, O. V., Subbotin, A. M., & Malchevsky, V. A. (2015). Comprehensive scoring system for assessing the impact of microorganisms on cell proliferation of Allium cepa L. root meristem. Fundamental Research, 7 4, 687–690. EDN: https://elibrary.ru/UGAQNJ
Landina, L. N. (2021). Standardization of dry extract of pumpkin pulp juice with hypolipidemic effect by β carotene content. Medicine, 1, 79–92. https://doi.org/10.29234/2308-9113-2021-9-1-79-92. EDN: https://elibrary.ru/JIHQOO
Lakhanov, A. P., Kolomeichenko, V. V., & Fesenko, N. V. (2004). Morphophysiology and production process of buckwheat (435 pp.). Oryol: Oryol State Agrarian University. EDN: https://elibrary.ru/PBXPZZ
Korobko, V. V., Pchelintseva, N. V., Luneva, M. A., & Samsonova, E. A. (2017). Features of growth and development of wheat seedlings (Triticum aestivum L.) under the influence of 2,4,6 triphenyl 3,5 dichloropyridine and 2,6 diphenyl 3 chloropyridine. Proceedings of Saratov University. New Series. Series: Chemistry. Biology. Ecology, 17(1), 72–78. https://doi.org/10.18500/1816-9775-2017-17-1-72-78. EDN: https://elibrary.ru/YKKJAB
Ivanov, L. A., Ronzhina, D. A., Yudina, P. K., Zolotareva, N. V., & Kalashnikova, I. V. (2020). Seasonal dynamics of chlorophyll and carotenoid content in leaves of steppe and forest plants at species and community levels. Russian Journal of Plant Physiology, 67(3), 278–288. https://doi.org/10.31857/S0015330320030112. EDN: https://elibrary.ru/XMYDPZ
Kurbanova, M. N., Suraeva, N. M., Rachkova, V. P., & Samoilov, A. V. (2018). Comparative study of toxic activity indicators in the Allium test. Agrarian Bulletin of the Urals, 4(171), 25–30. EDN: https://elibrary.ru/XUCOKD
Tytereva, E. V., Ivanova, A. N., & Voitsukhovskaya, O. V. (2014). On the role of chlorophyll b in ontogenetic adaptations of plants. Komarov Botanical Institute of the RAS, 134(3), 249–256. EDN: https://elibrary.ru/SGZRUX
Subbotin, A. M., Petrov, S. A., Malchevsky, V. A., & Khrupa, D. A. (2018). Cytogenetic analysis of the impact of Serratia fonticola bacteria isolated from permafrost samples on Allium cepa L. root system cells. In Abstracts of the XI International Conference “Plant Cell Biology in vitro and Biotechnology” (pp. 220–221). Minsk. EDN: https://elibrary.ru/YRDMFV
Basu, S., & Tripura, K. (2021). Differential sensitivity of Allium cepa L. and Vicia faba L. to aqueous extracts of Cascabela thevetia (L.) Lippold. South African Journal of Botany, 139, 67–78. https://doi.org/10.1016/j.sajb.2021.01.033. EDN: https://elibrary.ru/UKTTBB
Collins, T., & Margesin, R. (2019). Microbial ecology of the cryosphere (glacial and permafrost habitats): current knowledge. Applied Microbiology and Biotechnology, 103, 2537–2549. https://doi.org/10.1007/s00253-019-09631-3. EDN: https://elibrary.ru/UOMKYI
Liang, R., Li, Z., Lau Vetter, M. C. Y., et al. (2021). Genomic reconstruction of fossil and living microorganisms in ancient Siberian permafrost. Microbiome, 9, 110. https://doi.org/10.1186/s40168-021-01057-2. EDN: https://elibrary.ru/DCXMWZ
Renev, N. O., Rodina, E. S., Subbotin, A. M., & Malchevskiy, V. A. (2021). Influence of bacterial metabolites from permafrost on morphophysiological parameters of potato material in vitro. In International Scientific and Practical Conference “Fundamental Scientific Research and Their Applied Aspects in Biotechnology and Agriculture” (FSRAABA 2021) [BIO Web of Conferences, vol. 36, article 05009]. Tyumen. https://doi.org/10.1051/bioconf/20213605009. EDN: https://elibrary.ru/XSQJDD
Smigocki, A. C., Heu, S., Mccanna, I., Wozniak, C., & Buta, G. (1997). Insecticidal compounds induced by regulated overproduction of cytokinins in transgenic plants. In N. Carozzi & M. Koziel (Eds.), Advances in insect control: the role of transgenic plants (pp. 225–236). Bristol.
Jansson, J. K., & Taş, N. (2014). The microbial ecology of permafrost. Nature Reviews Microbiology, 12, 414–425. https://doi.org/10.1038/nrmicro3262. EDN: https://elibrary.ru/SOEPQH
Bauer, M. A., Kainz, K., Carmona Gutierrez, D., & Madeo, F. (2018). Microbial wars: competition in ecological niches and within the microbiome. Microbial Cell, 5(5), 215–219.
Panikov, N. S. (2009). Microbial activity in frozen soils. In R. Margesin (Ed.), Permafrost Soils (pp. 119–147). Innsbruck.
Brouchkov, A. V., Trofimova, Y. B., Melnikov, V. P., Sukhovei, Y. G., Griva, G. I., Kalenova, L. F., Subbotin, A. M., Repin, V. E., Brenner, E. V., Tanaka, M., Katayama, T., & Utsumi, M. (2011). Relict microorganisms of cryolithozone as possible objects of gerontology. Advances in Gerontology, 39–44. https://doi.org/10.1134/S207905701101005X. EDN: https://elibrary.ru/RHEVRD
Ghanem, M. E., Albacete, A., Smigocki, A. C., Frebort, I., Pospíšilová, H., Martínez Andújar, C., Acosta, M., Sanchez Bravo, J., Lutts, S., Dodd, I. C., & Pérez Alfocea, F. (2011). Root synthesised cytokinins improve shoot growth and fruit yield in salinised tomato (Solanum lycopersicum L.). Journal of Experimental Botany, 62, 125–140. https://doi.org/10.1093/jxb/erq266. EDN: https://elibrary.ru/OARSPZ
Smigocki, A. C., Heu, S., & Buta, S. G. (2000). Analysis of insecticidal activity in transgenic plants carrying the IPT plant growth hormone gene. Acta Physiologiae Plantarum, 22, 295–299. https://doi.org/10.1007/s11738-000-0038-x. EDN: https://elibrary.ru/VAHFDA
Souza, C. P., Guedes, T. A., & Fontanetti, C. S. (2016). Evaluation of herbicides action on plant bioindicators by genetic biomarkers: a review. Environmental Monitoring and Assessment, 188.
Kastornov, A. A., Subbotin, A. M., & Petrov, S. A. (2022). The influence of microorganisms of the Arctic paleoecosystems on the morphometric parameters and the cytogenetic apparatus of Allium cepa. In Dedicated to the 101st anniversary of the discovery of the law of homological series and the 134th anniversary of the birth of N. I. Vavilov [BIO Web of Conferences, vol. 43, article 03013]. Saratov. https://doi.org/10.1051/bioconf//20224303013. EDN: https://elibrary.ru/UCFFKT
Timofeev, V. N., & Subbotin, A. M. (2024). Preparations based on bacteria from frozen rocks during the dressing of spring wheat seeds. BIO Web of Conferences, 108, article 10006. https://doi.org/10.1051/bioconf/202410810006. EDN: https://elibrary.ru/SMQVPA
Wintermans, J. F., & de Mots, A. (1965). Spectrophotometric characteristics of chlorophylls a and b and their phenophytins in ethanol. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) — Biophysics including Photosynthesis, 109, 448–453. https://doi.org/10.1016/0926-6585(65)90170-6
Copyright (c) 2025 Aleksandr A. Kastornov, Sergei A. Petrov, Andrey M. Subbotin
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial-NoDerivatives» («Атрибуция — Некоммерческое использование — Без производных произведений») 4.0 Всемирная.
