РОЛЬ РОСТОСТИМУЛИРУЮЩИХ БАКТЕРИЙ В АККУМУЛИРОВАНИИ СЕЛЕНА РАСТЕНИЯМИ
https://doi.org/10.18619/2072-9146-2017-2-81-85
Аннотация
Широкое распространение селенодефицита среди населения разных стран мира и связанные с этим сердечно-сосудистые и онкологические заболевания определяют необходимость разработки технологий повышения уровней аккумулирования микроэлемента сельскохозяйственными растениями. Наряду с биологически активными добавками к пище корневое и внекорневое внесение селена при выращивании растений являются в настоящее время наиболее распространенными подходами к решению проблемы селенодефицита. В то же время определенным недостатком биофортификации растений селеном является низкое усвоение микроэлемента растениями и связанная с этим возможность загрязнения окружающей среды микроэлементом. Обзор посвящен новому направлению в повышении уровня селена в продукции растениеводства путем использования ризобактерий. В работе рассматриваются вопросы распространенности селенозависимых бактерий, их участия в кругообороте селена, механизма взаимосвязи бактерии-селен-растения, роли летучих соединений, выделяемых ризобактериями, в аккумулировании растениями селена. Отдельно рассматриваются вопросы устойчивости ризобактерий Microbacteriumoxydans, выделенных из Cardaminehupingshanesis и проявляющих необычайно высокую устойчивость в воздействию микроэлемента и способность направленно синтезировать селеноцистин.
Об авторах
Н. А. Голубкина
Федеральное государственное бюджетное научное учреждение «Всероссийский НИИ селекции и семеноводства овощных культур»
Россия
Россия
Доктор сельско-хозяйственных наук, главный научный сотрудник лабораторно-аналитического центра.
143080, Московская обл., Одинцовский р-н, п.ВНИИССОК, ул.Селекционная, д.14, e-mail: segolubkina45@gmail.com
А. Я. Соколова
Московский государственный университет пищевых производств
Россия
Россия
Кандидат биологических наук, доцент кафедры безопасности жизнедеятельности.
125080, Москва, Врубеля, 12
А. В. Синдирева
ФГБОУ ВО «Омский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина»
Россия
Россия
Доктор сельско-хозяйственных наук, профессор.
644008, Омск, Институтская площадь, д.1
Список литературы
1. Голубкина Н.А., Папазян Т.Т. Селен в питании. Растения, животные, человек. М. Печатный город. 2006.
2. Соколова А.Я. Изучение протекторного действия бактерий рода Klebsiellа на газонные травы в условиях засоления почвы//кандидат дисс. 2006.-М.-МСХА.
3. Acuсa J.J., Jorquera M.A., Barra P.J., Crowley D.E., Mora M.L. Selenobacteria selected from the rhizosphere as a potential tool for Se biofortification of wheat crops//Biol. Fertil. Soils.2013-Vol.49-P. 175-185.
4. Ahemada M., Kibret M. Mechanisms and applications of plant growth promoting rhizobacteria: Current perspective// Journal of King Saud University Science-2014-Vol.26-P.1-20.
5. Baesman S., Stolz J., Kulp T., Oremland R. Enrichment and isolation of Bacillus beveridgei sp. nov., a facultative anaerobic haloalkaliphile from Mono Lake, California, that respires oxyanions of tellurium, selenium, and arsenic//Extremophiles. -2009.-Vol.13-P. 695–705.
6. Bao Z., Tian H., You Y., Wei C. High selenium content reduces cadmium uptake in Cardamine hupingshanesis (Brassicaceae). Conf. Global advances in selenium research from theory to application//Proc 4th Int conf on selenium in the environment and human health.-2015.-Vol.139.-P.43-48.
7. Blum, J.S., Burns Bindi., A., Buzzelli, J., Stolz, J.F., Oremland, R.S. Bacillus arsenicoselenatis, sp. nov., and Bacillus selenitireducens, sp. nov.: two haloalkaliphiles from Mono Lake, California that respire oxyanions of selenium and arsenic//Arch Microbiol. -1998.-Vol.171.-P. 19-30.
8. Cho S.M., Kang B.R., Han S.H., Anderson A.J., Park J.Y., Lee Y.H., Cho B.H., Yang K.Y., Ryu C.M., Kim Y.C. 2R,3R-butanediol, a bacterial volatile produced by Pseudomonas chlororaphis O6, is involved in induction of systemic tolerance to drought in Arabidopsis thaliana//Mol. Plant Microbe Interact.2008.-Vol. 21.-P.1067–1075.
9. de Souza M P., Chu D, Zhao M,. Zayed A M,. Ruzin S E, Schichnes D, Terry N Rhizosphere Bacteria Enhance Selenium Accumulation and Volatilization by Indian Mustard//Plant Physiol. 1999.Vol. 119.-P. 565–573.
10. Dhanjal S., Cameotra S.S. Aerobic biogenesis of selenium nanospheres by Bacillus cereus isolated from coalmine soil//Microb Cell Fact.-2010.-Vol.9.-P.52 -63.
11. Durбn P., Acuсa J.J., Jorquera M.A., Azcуn R., Borie F., Cornejo P., Mora M.L.. Enhanced selenium content in wheat grain by coinoculation of selenobacteria and arbuscu-larmycorrhizal fungi: A preliminary study as a potential Se biofortification strategy//J. Cereal Sci. 2013.-P.275-280.
12. Durбn P., Acuсa J.J., Jorquera M.A., Azcуn R., Paredes C., Rengel Z., Mora M.L.. Endophytic bacteria from selenium-supplemented wheat plants could be useful for plant-growth promotion, biofortification and Gaeumanno-mycesgraminis biocontrol in wheat production//Biol. Fertil. Soils. -2014. -Vol.50. -P. 983-990.
13. Dwivedi S, AlKhedhairy AA, Ahamed M, Musarrat J. Biomimetic Synthesis of Selenium Nanospheres by Bacterial Strain JS-11 and Its Role as a Biosensor for Nanotoxicity Assessment: A Novel Se-Bioassay// PLoS One-2013-Vol.8(3):e57404. doi:10.1371/journal.pone.0057404
14. Effmert U., Kalderбs, J., Warnke, R., Piechulla, B. Volatile mediated interactions between bacteria and fungi in the soil//J. Chem. Ecol.-2012.-Vol. 38.-P. 665–703.
15. Etesami H., Mirseyed Hosseini H., Alikhani H.A. In planta selection of plant growth promoting endophyticbacteria for rice (Oryza sativa L.)//J. Soil. Sci. Plant Nutr. 2014-Vol.14 (2)-P. 491-503.
16. Farag M.A., Zhang H., Ryu C.M. Dynamic chemical communication between plants and bacteria through airborne signals: Induced resistance by bacterial volatiles//J. Chem. Ecol.2013.-Vol.39.-P. 1007–1018.
17. Fernandez-Martinez, Charlot L. Selenium environmental cycling and bioavailability: a structural chemist point of view//Rev Environ Sci. Biotechnol. – 2009.-Vol.8. – 81–110.
18. Fordyce P. Selenium geochemistry and health//Ambio. – 2007. Vol.36. 94-97.
19. Golubkina NA, Alfthan G, The human selenium status in 27 regions of Russia// J Trace Elem Med Biol.-1999. Vol.13(1-2). P.15-
20. Haug A., Graham RD., Christophersen O., Lyons G.H. How to use the world’s scarce selenium resources efficiently to increase the selenium concentration in food//Microb. Ecol. Health. 2007. Vol.19. P. 209-228.
21. Hawkesford M.J., Zhao F.J.. Strategies for increasing the selenium content of wheat//J. Cereal Sci. – 2007. -Vol.46. -P. 282-292.
22. Hunter WJ An Azospira oryzae (syn Dechlorosoma suillum) strain that reduces selenate and selenite to elemental red selenium//Curr Microbiol. 2007. -. Vol.54. P.376 –381.
23. Losi ME, Frankenberger WT Reduction of selenium oxyanions by Enterobacter cloacae SLD1a-1: isolation and growth of the bacterium and its expulsion of selenium particles//Appl Environ. Microbiol. -1997.Vol.63. P.3079–3084.
24. Macy JM, Lawson S, Demolldecker H Bioremediation of selenium oxyanions in San Joaquin drainage water using Thauera selenatis in a biological reactor system//Appl Microbiol Biotechnol -1993.-Vol.40. P.588–594.
25. Meldau, D.G.; Meldau, S.; Hoang, L.H.; Underberg, S.; Wunsche, H.; Baldwin, I.T. Dimethyl disulfide produced by the naturally associated bacterium Bacillus spB55 promotes Nicotiana attenuata growth by enhancing sulfur nutrition// Plant Cell -2013.-Vol. 25.-P. 2731–2747.
26. Mora M. L., Durбn P., Acuсa A. J., Cartes P., Demanet R., Gianfreda L. Improving selenium status in plant nutrition and quality//J. Soil Sci. Plant Nutr.2015.-Vol. 15 (2).-P. 486-503.
27. Newman DK, Kennedy EK, Coates J, Ahmann D, Ellis DJ, Lovley DR, Morel () Dissimilatory arsenate and sulfate reduction in Desulfotomaculum auripigmentum, sp. nov.//Arch. Microbiol.1997.Vol.165.-P.380 -388.
28. Oancea F, Szabolcs L, Oancea A-O, Lăcătuşu R, Abraham B, Stanciu-Burileanu M M, Meszaros A, Lungu M. Selenium biofortification biotechnologies of wheat frain in South0Eastern part of Romania for a better human health//Studia Universitatis “Vasile Goldiş”, Seria Ştiinţele Vieţii. -2014.-Vol. 24 (Suppl 1).-P. 47-56.
29. Oremland RS, Herbel MJ, Blum JS, Langley S, Beveridge TJ, Ajayan PM, Sutto T, Ellis AV, Curran S Structural and spectral features of selenium nanospheres produced by Se-respiring bacteria//Appl Environ Microbiol.-2004.-Vol.70.-P.52–60.
30. Park Y.S., Dutta S., Ann M., Raaijmakers J.M., Park K. Promotion of plant growth by Pseudomonas fluorescens strain SS101 via novel volatile organic compounds//Biochem. Biophys. Res. Commun. -2015.-Vol. 461.P.361–365.
31. Pilon-Smits E.A.H. Selenium in plants//in Progress in Botany -2015Vol.6, (U. Luttge, W. Beyschlag, eds.)DOI 10.1007/978-3-319-08807-5_4
32. Prakash NT, SharmaN, Prakash R, Raina K, Fellowes J, Pearce C, Lloyd J, Pattrick R. Aerobic microbial manufacture of nanoscale selenium: exploiting nature‟s bio nanomineralization potential// Biotechnol Lett.-2009.-Vol.31.-P.1857–1862.
33. Ridley H., Watts C. A., Richardson D. J., Butler C. S Resolution of distinct membrane-bound enzymes from Enterobacter cloacae SLD1a-1 that are responsible for selective reduction of nitrate and selenate oxyanions.//Appl Environ Microbiol. -2006.-Vol.72.-P. 51735180.
34. Ryu C.M., Farag M.A., Hu C.H., Reddy M.S., Kloepper J.W., Parй P.W. Bacterial volatiles induce systemic resistance in Arabidopsis//Plant Physiol. - 2004.-Vol. 134.-P. 1017–1026.
35. Ryu C.M., Farag M.A., Hu C.H., Reddy M.S., Wei H.X., Parй P.W., Kloepper J.W. Bacterial volatiles promote growth in Arabidopsis//Proc. Natl. Acad. Sci. USA -2003-Vol. 100-P. 4927–4932.
36. Schroder I., Rech S., Krafft T., Macy J. M. Purification and Characterization of the selenate reductase from Thauera selenatis//J Biol Chem. -1997.-Vol.272.-P. 23765-23768.
37. Tong X, Linxi Yuan, Lei Luo, Xuebin Yin, Characterization of a SeleniumTolerant Rhizosphere Strain from a Novel Se-Hyperaccumulating Plant Cardamine hupingshanesis//Sci. World J.-2014-Vol.2014, Article ID 108562, 8 pages http://dx.doi.org/10.1155/2014/108562
38. Wang J, Zhou Ch, Xiao X, Xie Y, Zhu L, Ma Z Enhanced Iron and Selenium Uptake in Plants by Volatile Emissions of Bacillus amyloliquefaciens (BF06)//Appl. Sci.-2017.-Vol. 7.P. 85; doi:10.3390/app7010085.
39. Watts C. A., Ridley H., Condie K. L., Leaver J. T., Richardson D. J., Butler C. S. Selenate reduction by Enterobacter cloacae SLD1a-1 is catalysed by a molybdenum dependent membrane-bound enzyme that is distinct from the membrane-bound nitrate reductase//FEMS Microbiol Lett.- 2003.-Vol.228.-P. 273-279.
40. Wenke K., Kai M., Piechulla B. Belowground volatiles facilitate interactions between plant roots andsoil organisms//Planta.-2010.-Vol. 231.-P. 499–506.
41. Yadav V, Sharma N, Prakash R, Raina K, Bharadwaj LM, Prakas N. Generation of selenium containing nano-structures by soil bacterium, Pseudomonas aeruginosa//Biotechnol. -2008.-Vol.7.-P.299–304.
42. Yasin M,. Ali Farag El-Mehdawi, Jahn C E., Anwar A,. Turner M F. S, Faisal M, Pilon-Smits E A. H. Seleniferous soils as a source for production of selenium-enriched foods and potential of bacteria to enhance plant selenium uptake // Plant and Soil.2015.-Vol.386 (Iss.1).-P. 385–394.
43. Yasin M, Ali Farag El-Mehdawi, Pilon-Smits E.A.H., Faisal M SeleniumFortified Wheat: Potential of Microbes for Biofortification of Selenium and Other Essential Nutrients//Int. J. Phytoremediation.-2015a.Vol 175 (Iss. 8).P.777-786.
44. Zhang H., Sun, Y., Xie X., Kim M.S., Dowd S.E., Parй P.W. A soil bacteria regulates plant acquisition of iron via deficiency-inducible mechanisms//Plant J.2009.-Vol. 58.-P. 568–577.
45. Zhou C., Guo, J.S., Zhu, L., Xiao, X., Xie, Y., Zhu, J., Ma Z.Y., Wang, J.F. Paenibacillus polymyxa BFKC01 enhances plant iron absorption via improved root systems and activated iron acquisition mechanisms//Plant Physiol. Biochem.-2016а.-Vol. 105.-P. 162–173.
46. Zhou C., Ma Z.Y., Zhu L., Xiao X., Xie Y., Zhu J., Wang J.F. Rhizobacterial strain Bacillus megaterium BOFC15 induces cellular polyamine changes that improve plant growth and drought resistance//Int. J.Mol. Sci. -2016.-Vol. 17.-P. 976-987.
Рецензия
Для цитирования:
Голубкина Н.А., Соколова А.Я., Синдирева А.В. РОЛЬ РОСТОСТИМУЛИРУЮЩИХ БАКТЕРИЙ В АККУМУЛИРОВАНИИ СЕЛЕНА РАСТЕНИЯМИ. Овощи России. 2017;(2):81-85. https://doi.org/10.18619/2072-9146-2017-2-81-85
For citation:
Golubkina N.А., Sokolova A.J., Sindireva A.V. THE ROLE OF GROWTH PROMOTING BACTERIA IN SELENIUM ACCUMULATION BY PLANTS. Vegetable crops of Russia. 2017;(2):81-85. (In Russ.) https://doi.org/10.18619/2072-9146-2017-2-81-85
Просмотров: 723
Послать статью по эл. почте 