Ризосферные бактерии, ассоциированные с растениями бескильницы расставленной ( Puccinellia distans (Jacq. ) Parl. ), произрастающими на территории солеразработок

Учредители:

Уральское отделение РАН Оренбургский научный центр УрО РАН

Бюллетень Оренбургского научного центра УрО РАН

© Коллектив авторов, 2014

УДК 57.065, 579.262,631.472.74,582.6/.9,58.051

1 1 2 12 Е.С. Корсакова , А.А. Пьянкова , О.Н. Гагарских , А.В. Назаров ’

РИЗОСФЕРНЫЕ БАКТЕРИИ, АССОЦИИРОВАННЫЕ С РАСТЕНИЯМИ БЕСКИЛЬНИЦЫ РАССТАВЛЕННОЙ (PUCCINELLIA DISTANS (JACQ.) PARL.), ПРОИЗРАСТАЮЩИМИ НА ТЕРРИТОРИИ СОЛЕРАЗРАБОТОК

1 Институт экологии и генетики микроорганизмов УрО РАН, Пермь, Россия

2 Пермский государственный национальный исследовательский университет,

Пермь, Россия

Цель. Изучить таксономическое разнообразие бактериального сообщества ризосферы растений бескильницы расставленной (Puccinellia distans (Jacq.) Parl.) из района промышленных разработок Верхнекамского месторождения солей (г. Соликамск, Пермский край).

Материалы и методы. Для идентификации бактерий использовался анализ нуклеотидных последовательностей гена 16S рРНК.

Результаты. Из ризосферы растений P. distans выделены 26 штаммов бактерий, относящиеся к родам Halomonas, Pseudomonas, Serratia, Enterobacter, Bacillus, Arthrobacter, Rhodococcus. При этом доминирующими являлись микроорганизмы рода Pseudomonas, доля которых составляла 93,8% от общей численности выделенных микроорганизмов.

Заключение. В ризосфере бескильницы расставленной обнаружены бактерии родов Halomonas, Pseudomonas, Serratia, Enterobacter, Bacillus, Arthrobacter, Rhodococcus. При этом доминирующими являлись представители рода Pseudomonas, доля которых составляла 93,8% от численности выделенных ризосферных микроорганизмов. Полученные данные позволяют предположить наличие тесных симбиотических связей между представителями рода Pseudomonas и растениями в условиях засоления. Данные микроорганизмы

по нуклеотидной последовательности гена 16S рРНК обнаруживали близкое сходство с

т

морским штаммом Pseudomonas xanthomarina KMM 1447 .

Ключевые слова: засоленные почвы, ризосфера, бактерии, филогенетическое разнообразие, ген 16S рРНК.

1 1 2 12 E.S. Korsakova , A.A. Pyankova , O.N. Gagarskykh , A.V. Nazarov ’

RHIZOSPHERE BACTERIA ASSOCIATED WITH PUCCINELLIA DISTANS (JACQ.) PARL. GROWING IN THE SALT DEPOSIT AREA

1 Institute of Ecology and Genetics of Microorganisms, UrB RAS, Perm, Russia

2 Perm State National Research University, Perm, Russia

Objective. The aim of this work was to study the taxonomic diversity of the bacterial community in the rhizosphere of plants Puccinellia distans (Jacq.) Parl. from the area of industrial development of Verkhnekamsk salt deposit (Solikamsk, Perm region).

Materials and methods. To identify the bacteria the analysis of nucleotide sequences of 16S rRNA was used.

Results. The 26 strain bacteria of the genera Halomonas, Pseudomonas, Serratia, Entero-bacter, Bacillus, Arthrobacter, Rhodococcus were allocated in the rhizosphere P. distans. At the same time the bacteria of the genus Pseudomonas were predominant with their proportion of 93,8% within the isolated rhizosphere microorganisms.

Conclusion. In the rhizosphere Puccinellia distans there were found the bacteria of the

genera Halomonas, Pseudomonas, Serratia, Enterobacter, Bacillus, Arthrobacter, Rhodococcus. At the same time the bacteria of the genus Pseudomonas were predominant with their proportion of 93,8% within the isolated rhizosphere microorganisms, that indicates the presence of close symbiotic relationships between them and plants under the saline conditions. The bacteria showed the closest similarity to the marine strain of Pseudomonas xanthomarina KMM 1447 in the nucleotide sequence of the 16S rRNA gene.

Key words: saline soil, rhizosphere, bacteria, phylogenetic diversity, 16S rRNA gene.

Введение

Исследование биоразнообразия ризосферного микробного сообщества растений засоленных местообитаний необходимо для более полного понимания функционирования микробно-растительных симбиозов в условиях засоления, выявления механизмов адаптаций ассоциаций микроорганизмов и растений к засолению, а также для идентификации штаммов для дальнейшего их использования с целью повышения продуктивности растений при засолении. Между тем в условиях гумидного климата и техногенного засоления почвы биоразнообразие ризосферных бактериальных сообществ остается слабо изученным. На территории Пермского края техногенное засоление почв обусловлено, прежде всего, добычей солей на Верхнекамском месторождении и приурочено к отходам добычи солей (галитовым отвалам).

Целью настоящей работы было изучение таксономического разнообразия бактериального сообщества ризосферы растений бескильницы расставленной (Puccinellia distans (Jacq.) Parl.), которая является одним из доминирующих видов фитоценозов наиболее засоленных участков территории района промышленных разработок Верхнекамского месторождения солей (г. Соликамск, Пермский край).

Материалы и методы исследования

Для исследования были отобраны образцы ризосферы растений бес-кильницы расставленной (Puccinellia distans (Jacq.) Parl.), произрастающих в районе разработок Верхнекамского месторождения калийно-магниевых солей (ВКМКС). Участок отбора проб расположен в непосредственной близости от солеотвала СКПРУ-2 предприятия ОАО «Уралкалий» (г. Соликамск, Пермский край) и имеет засоленную почву, охарактеризованную как дерново-подзолистая. Общее содержание солей в почве - 1,0%, концентрация ионов Na+ - 2,31 мг-экв/100 г почвы, рН водной вытяжки - 7,42. Содержание катионов Na+ в почве определяли на атомно-абсорбционном спектрофотометре АА-6300 («Shimadzu», Япония). Общую минерализацию оценивали со-

гласно методике [1].

Отбор, пробоподготовку и микробиологический анализ ризосферы растений проводили общепринятыми методами [2]. В работе использовали ага-ризованную среду Раймонда с внесением 5 г/л триптона, 2,5 г/л дрожжевого экстракта и 50 г/л NaCl [3].

Амплификацию фрагмента гена 16S рРНК проводили с использованием бактериальных праймеров 27F и 1492R согласно методике [4]. Филогенетический анализ изолятов был основан на определении нуклеотидных последовательностей гена 16S рРНК с применением набора реактивов Big Dye Terminator Cycle Sequencing Kit на автоматическом секвенаторе Genetic Analyser 3500XL («Applied Biosystems», США).

Результаты и обсуждение

Из ризосферы растений бескильницы расставленной выделены 26 штаммов бактерий. Все изоляты идентифицированы на основе анализа нуклеотидных последовательностей гена 16S рРНК (табл. 1) и отнесены к трем филумам: Proteobacteria (класс Gammaproteobacteria), «Actinobacteria»

(класс Actinobacteria), Firmicutes (класс Bacilli).

Наибольшим видовым разнообразием и численностью характеризовался класс Gammaproteobacteria, представители которого составляли 97,8% от общей численности бактерий, выделенных из ризосферы. Микроорганизмы класса Gammaproteobacteria, изолированные из ризосферы бескильницы, близкородственны родам Halomonas, Pseudomonas, Serratia, Enterobacter. Большую численность имели представители рода Pseudomonas, их доля составляла 93,8%, что согласуется с литературными данными [5]. Выделенные нами бактерии рода Pseudomonas из ризосферы бескильницы имели наибольшее сходство со штаммом Pseudomonas xanthomarina KMM 1447 , обнаруженным в морских экосистемах [6].

Представители рода Halomonas являются типичными обитателями засоленных экосистем, в том числе и ризосферы растений, произрастающих на почве с повышенной минерализацией [3, 7]. В ризосфере P. distans выявлены галофильные бактерии близкородственные Halomonas variabilis DSM 3051 (табл. 1).

Доля бактерий классов Actinobacteria и Bacilli в ризосфере составляла 1,9 и 0,3%, соответственно.

Таблица 1 Анализ нуклеотидных последовательностей генов 16S рРНК изолированных штаммов бактерий

Исследуемый штамм Типовой штамм Сходство, % Количество нуклеотидов

BR6 Halomonas variabilis DSM 3051T (AJ306893) 99,42 1401

BR7 Pseudomonas xanthomarina KMM 1447T (AB176954) 98,93 1397

BR9-111 98,62 871

BR18 98,93 1400

BR19-12 98,60 860

BR22-11 98,93 1399

BR22-12 98,92 1396

BR22-22 98,92 1396

BR24-1 98,93 1404

BR25-221 98,63 875

BR15 Serratia glossinae C1T (FJ790328) 97,35 1400

BR21 97,30 1413

BR23 97,36 1406

BR24-2 Enterobacter aerogenes KCTC 2190T (CP002824) 98,76 808

BR2 Bacillus marisflavi TF-11T (AF483624) 99,93 1400

BR14 99,89 880

BR1-1 Bacillus vietnamensis 15-1T (AB099708) 99,77 865

BR17-1 99,70 1413

BR20-21 99,70 1420

BR20-22 99,76 846

BR3-21 Arthrobacter nicotianae DSM 20123T (X80739) 98,77 818

BR3-22(1) 98,82 850

BR3-22(2) 98,82 850

BR4-2 98,82 847

BR9-122 Rhodococcus fascians DSM 20669T (X79186) 100 887

BR11-2 Rhodococcus wratislaviensis NCIMB 13082T (Z37138) 100 850

В таблице 1 представлены бактерии, перечисленных выше классов, имеющие наибольшее филогенетическое сходство c представителями родов Arthrobacter, Rhodococcus и Bacillus.

Заключение

Таким образом, в ризосфере растений бескильницы расставленной обнаружены бактерии родов Halomonas, Pseudomonas, Serratia, Enterobacter,

Bacillus, Arthrobacter, Rhodococcus. При этом доминирующими являлись представители рода Pseudomonas, доля которых составляла 93,8% от численности выделенных ризосферных микроорганизмов.

Полученные данные позволяют предположить наличие тесных симбиотических связей между представителями рода Pseudomonas и растениями в условиях засоления. Данные микроорганизмы по нуклеотидной последовательности гена 16S рРНК обнаруживали близкое сходство с морским штаммом Pseudomonas xanthomarina KMM 1447 .

Выделенные нами бактерии рода Pseudomonas могут служить основой для создания биопрепаратов, обладающих протекторным действием на растения в условиях повышенной минерализации.

(Работа поддержана грантом РФФИ-Урал №13-04-96048 р_урал_а и грантом CRDF Global - УрО РАН (Грант. согл. № RUB2-7100-PE-13).

ЛИТЕРАТУРА

1. Практикум по агрохимии: учебное пособие / Под ред. В.Г. Минеева. М.: МГУ, 2001. 689 с.

2. Методы почвенной микробиологии и биохимии: учеб. пособие / Под ред.

Д.Г. Звягинцева. М.: МГУ, 1991. 304 с.

3. Корсакова Е.С., Пьянкова А.А., Назаров А.В. Филогенетическое разнообразие бактерий, выделенных из ризосферы мари красной (Chenopodium rubrum L.), произрастающей в условиях засоления на территории солеразработок. Вестник Пермского университета. Сер. Биология. 2013. Вып. 3: 47-51.

4. Молекулярная генетика: учеб.-метод. пособие / Под ред. С.В. Боронниковой. Пермь: Перм. ун-т., 2007. 150 с.

5. Gartia L., Domenech J., Santamaria C., et al. Growth of forest plants (pine and holm-oak) inoculated with rhizobacteria: relationship with microbial community structure and biological activity of its rhizosphere. Environment Experimental Botany. 2004. 52 (3): 239-251.

6. Romanenko L.A., Uchino M., Falsen E. et al. Pseudomonas xanthomarina sp. nov., a novel bacterium isolated from marine ascidian. Journal of General and Applied Microbiology. 2005. 51 (2): 65-71.

7. Llamas I., del Moral A., Martmez-Checa F. et al. Halomonas maura is a physiologically versatile bacterium of both ecological and biotechnological interest. Antonie Van Leeuwenhoek. 2006. 89 (3-4): 395-403.

8. Dimkpa C., Weinand T., Asch F. Plant-rhizobacteria interactions alleviate abiotic stress conditions. Plant Cell and Environment. 2009. 32: 1682-1694.

Поступила 03.07.2014