Роль лектинів у регуляції утворення та функціонування фітобактеріальних симбіозів і асоціацій

Ключові слова: фітолектини, біологічна активність, регуляція, симбіоз, асоціація, азотфіксувальні мікроорганізми, фітопатогенні гриби, лектин-бактеріальні композиції, Glycine max L. (Merr.), Pisum sativum L., Triticum aestivum L., продуктивність.

АННОТАЦИЯ

Кириченко Е.В. Роль лектинов в регуляции образования и функционирования фитобактериальных симбиозов и ассоциаций.

Диссертация (рукопись) на соискание ученой степени доктора биологических наук по специальности 03.00.12 - физиология растений. - Институт физиологии растений и генетики НАН Украины, Киев, 2011.

Диссертационная работа посвящена исследованию роли фитолектинов как регуляторных молекул при формировании и функционировании фитобактериальных систем, а также разработке физиологических основ применения лектинов в агробиотехнологии с целью повышения реализации продуктивного потенциала симбиозов и ассоциаций, адаптационной пластичности и защиты растений, улучшения экологии почв. Теоретически обобщены роль данных белков в физиологических процессах растений и аспекты их практического применения. Экспериментально установлено, что широта спектра биологической активности фитолектинов (биоэффекторной, ростстимулирующей, адаптогенной, фунгитоксической, коммуникативной) обеспечивает их регуляторную функцию на клеточном, организменном и системном уровнях организации симбиозов и ассоциаций. При экзогенном действии фитолектины корректируют (модулируют) баланс растительно-микробных взаимодействий в направлении улучшения условий реализации продуктивного потенциала фитобактериальных систем. Показано, что коммуникативная активность лектинов (степень связывания з разными видами диазотрофов in vitro) определяет специфичность потенциальных симбиопартнеров и способность образовывать функциональный азотфиксирующий симбиоз in situ, а также обеспечивает привлечение агрономически полезных микроорганизмов в ризосферу растений. При экзогенном действии на азотфиксирующие бактерии установлен избирательный эффект лектинов как ростактивирующих факторов для микроорганизмов in vitro и биомодуляторов физиологической активности (нитрогеназной, ростстимулирующей) почвенных олигоазотрофов in situ. Модуляторная (биоэффекторная) активность лектинов к специфичным растению-хозяину клубеньковым бактериям проявляется в регуляции степени реализации генетически детерминированных симбиотических свойств ризобий (нодуляционной, нитрогеназной активностей, эффективности) при формировании и функционировании бобово-ризобиальных симбиозов. Наличие фунгитоксической активности лектинов in vitro, проявляющейся в угнетении роста и прорастания спор некоторых фитопатогенных грибов, обеспечивает защитный эффект агглютининов при поражении растений болезнями in situ и раскрывает возможность применения лектинов для разработки биологических методов их защиты. Экзогенные лектины влияют на рост растений и метаболические процессы (активируется прорастание семян, формирование проростков, вегетативной массы и урожая; в листьях вегетирующих растений увеличивается уровень и изменяется соотношение эндогенных цитокининов и ауксинов, флавоноидов и пероксидазы как компонентов ИУК-оксидазной системы контроля, содержание суммарной РНК, хлорофилла, эндогенной лектиновой и каталазной активностей, интенсивность фотосинтеза). Увеличение активности антиоксидантных ферментов, эндогенных лектинов и флавоноидов, уровень которых свидетельствует о повышении неспецифической стойкости растений к факторам внешней среды указывает на роль лектина как возможного адаптогена, обеспечивающего адаптационную пластичность растений. Показано, что гаптен лектина пшеницы N-ацетил-D-глюкозамин за счет блокирования активных центров белка частично угнетает проявление биоэффектов экзогенного лектина на компоненты системы «растение-почва-микроорганизмы», что является одним из доказательств лектиновой природы выявленных эффектов на всех уровнях организации фитобактериальной ассоциации. N-ацетил-D-глюкозамин активирует функциональную способность азотобактера в монокультуре и лектин-бактериальной композиции при формировании ассоциаций с растениями пшеницы. Теоретически и экспериментально обосновано создание нового класса лектин-бактериальных композиций и доказана эффективность их действия (повышение урожая культур, стимуляция развития и функциональной способности агрономически полезной микрофлоры почвы) при предпосевной обработке семян растений бобовой (соя, горох) и зерновой (пшеница яровая, озимая) групп как действенных элементов экологического земледелия.

Ключевые слова: фитолектины, биологическая активность, регуляция, симбиоз, ассоциация, азотфиксирующие микроорганизмы, фитопатогенные грибы, лектин-бактериальные композиции, Glycine max L. (Merr.), Pisum sativum L., Triticum aestivum L., продуктивность.

SUMMARY

Kyrychenko O.V. The role of lectins in the regulation of the formation and functioning of phytobacterial symbiosis and associations. - Manuscript.

The Dissertation for Doctor Scienses Degree in Biology, specialty 03.00.12 - Plant Physiology. - Institute of Plant Physiology and Genetics of National Academy of Science of Ukraine, Kyiv, 2011.

The dissertation devoted to the role of phytolectins as the regulatory molecules by the formation and functioning of phytobacterial systems as well as the development of the physiological bases of the lectins use in agrobiotechnology with objective to increase of productive potential of symbioses and associations, plants adaptable plasticity and protection, improvement of soil ecology. It was advanced that the regulatory function of phytolectins due the multivector spectrum of its biological activity as bioeffector, growth-activator, adaptogen, fungitoxic and communication on the components of system «plant-soil-microorganisms» in cellular, organism and systemic levels of the symbioses and associations formation. It was shown that the communication activity of lectins defines the specificity of potential symbiotic partners and its ability to the formation and functioning of nitrogen-fixing symbiosis as well as provides for attraction and growth of agronomic useful nitrogen-fixing microorganisms in the plants rhizosphere. Phytolectins have selective effect as growth factor for microorganisms in vitro and modulators of growth and physiological activity of nodule bacteria and soil oligoazotrophes in situ. Fungifoxic activity of lectins in vitro provides the protection effect of plants in situ. The exogenous lectins regulate the plants growth and important metabolic process: synthesis of cytokinin and auxin phytohormones, RNA, chlorophylls, flavonoids as well as endogenous lectin, peroxidase and catalase activities. The increase level of the enzymes, flavonoids and endogenous lectins testifies about the leads of the plants nonspecific resistance and its adaptive potential. Hapten of wheat lectin binding the protein active centers decreases the lectin effects on the plants and microorganisms. It is the advance of the lectin nature of these effects on the all levels of phytobacterial association organization. It was theoretically and experimentally justified creation of a new class of lectin-bacterial compositions as well as efficiency of their action as crop increase, the stimulation of growth and functional capacity of agricultural useful soil microflora, by the pre-sowing seeds treatment of legume (soybean, peas) and cereal (spring, winter wheat) crops as effective elements of ecological agriculture.

Key words: phytolectins, biological activity, regulation, symbiosis, association, nitrogen-fixing microorganisms, pathogenic fungi, lectin-bacterial compositions, Glycine max L. (Merr.), Pisum sativum L., Triticum aestivum L., plants productivity.

Размещено на Allbest.ru