Влияние эндофитных и эпифитных азотфиксирующих бактерий на содержание негативных аллелопатических соединений в корневых экссудатах проростков гороха (Pisum sativum L.)

К веществам, оказывающим вредное воздействие на живые организмы, относятся N-фенил-2-нафтиламин и фталаты, которые синтезируются и широко используются в химической промышленности. В то же время N-фенил-2-нафтиламин был обнаружен в надземных частях и в корнях некоторых видов растений, фталаты были найдены во многих видах растений и в бактериях. Исследование направлено на изучение защитной (антимикробной) реакции проростков гороха (Pisum sativum L.) сорта Торсдаг на инокуляцию бактериями Rhizobium leguminosarum bv. viceae (эндосимбионт) и Azotobacter chroococcum (эктосимбионт), вносимыми в водную среду роста корней. Показателями реакции были изменения содержания негативных аллелопатических соединений (пизатин, N-фенил-2-нафтиламин, фталаты) в корневых экссудатах. После инокуляции проростки росли одни сутки в камере BINDER KBW-240 при температуре 21 ºС, освещении 81 μМ.м^-2 . с^-1 и фотопериоде 16/8 ч (день/ночь). В этилацетатных экстрактах из водной среды, куда погружали корни проростков, содержание соединений определяли методом ВЭЖХ, а изменения в составе и соотношении фталатов – методом ГХ-МС. Установлено различное влияние ризобий и азотобактера на содержание вышеперечисленных соединений и на соотношения видов фталатов в корневых экссудатах. Представлены данные, указывающие на разную способность обоих видов бактерий деградировать N-фенил-2-нафтиламин до фталатов и на зависимость активности данного процесса у исследуемых бактерий от его концентрации в среде. N-фенил-2-нафтиламин по-разному, но негативно влиял на жизнеспособность и рост использованных в экспериментах бактерий.

1. Султанходжаев М. Н., Таджибаев М. М. Фенил-β-нафтиламин из трех видов растений // Химия природных соединений. 1976. Т. 12. N 3. С. 406.

2. Евстратова Р. И., Запесочная Г. Г. N-фенил-2-нафтиламин из Centaurea salonitana // Химия природных соединений. 1977. N 4. С. 582.

3. Жанаева T. A., Кривощекова О. Е., Семенов А. А., Минаева В. Г. N-фенил-2-нафтиламин из цветов Burleurum aureum // Химия природных соединений. 1989. Т. 25. N 3. С. 377.

4. Makarova L. E., Smirnov V. I., Klyba L. V., Petrova I. G., Dudareva L. V. Role of allelopathic compounds in the regulation and development of legume-rhizobial symbiosis // Applied Biochemistry and Microbiology. 2012. Vol. 48, no. 4. P. 355-362. https://doi.org/10.1134/S0003683812030064.

5. Enikeev A. G., Semenov A. A., Permyakov A. V., Sokolova N. A., Gamburg K. Z., Dudareva L. V. Biosynsesis of ortho-phthalic acid esters in plant and cell cultures // Applied Biochemistry and Microbiology. 2019. Vol. 55, no. 3. P. 282-285. https://doi.org/10.1134/S0003683819020066.

6. Makarova L. E., Moritz А. S., Sokolova N. А., Petrova I. G., Semenov А. А., Dudareva L. V., et al. Degradation of N-phenyl-2-naphthylamine by Rhizobium leguminosarum bv. viciae, Pseudomonas syringae pv. pisi, and Clavibacter michiganensis sps. sepedonicus bacteria // Applied Biochemistry and Microbiology. 2020. Vol. 56, no. 2. P. 202-210. https://doi.org/10.1134/S0003683820010123.

7. Макарова Л. Е., Мориц А. С., Соколова Н. А. Образование фталатов при деградации N-фенил-2-нафтиламина почвенными бактериями // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2021. Т. 11. N 1. С. 107-115. https://doi.org/10.21285/2227-2925-2021-11-1-107-115.

8. Novak K. Induction of phytoalexin in pea roots by Rhizobia // Development in Soil Science. 1989. Vol. 18. P. 63-66. https://doi.org/10.1016/S0166-2481(08)70197-1.

9. Шафикова Т. Н., Омеличкина Ю. В., Еникеев А. Г., Бояркина С. В., Гвильдис Д. Э., Семенов А. А. Эфиры ортофталевой кислоты подавляют способность фитопатогенов образовывать биопленки // Доклады Академии наук. 2018. Т. 480. N 3. С. 381-383. https://doi.org/10.7868/S0869565218150264.

10. Makarova L. E., Dudareva L. V., Petrova I. G., Vasil’eva G. G. Secretion of phenolic compounds into root exudates of pea seedlings upon inoculation with Rhizobium leguminosarum bv. vicea or Pseudomonas siringae pv. pisi. // Applied Biochemistry and Microbiology. 2016. Vol. 52, no. 2. P. 205-209. https://doi.org/10.1134/S0003683816020095.

11. Проворов Н. А., Воробьев Н. И. Генетические основы эволюции растительно-микробного симбиоза: монография. СПб.: Информ-Навигатор, 2012. 400 с.

12. Melnykova N. M., Mykhalkiv L. M., Omelchuk S. V., Beregovenko S. K. Rhizosphere microorganisms as a factor influencing the rhizobia-legume symbiosis // Plant Physiology and Genetics. 2018. Vol. 50, no. 4. P. 299-321. https://doi.org/10.15407/frg2018.04.299.

13. Акимова Г. П., Верхотуров В. В., Соколова М. Г., Белопухов С. Л. Модуляция про/антиоксидантной активности пероксидазы в корнях проростов гороха, инокулированных Rhizobium и Azotobacter // Известия Тимирязевской сельскохозяйственной академии. 2019. N 1. С. 138-145. https://doi.org/10.34677/0021-342X-2019-1-138-145.

14. Makoi J. H. R., Ndakidemi P. A. Biological, ecological and agronomic significance of plant phenolic compounds in rhizosphere of the symbiotic legumes (review) // African Journal of Biotechnology. 2007. Vol. 6, no. 12. P. 1358-1368.

15. Sweigard J. A., Matthews D. E., Vanetten H. D. Synthesis of the phytoalexin pisatin by a methyltransferase from pea // Plant Physiology. 1986. Vol. 80, no. 1. P. 277-279. https://doi.org/10.1104/pp.80.1.277.

16. Vanetten H. D., Temporini E., Wassman C. Phytoalexin (and phytoanticipin) tolerance as a virulence trait: why is it not required by all pathogens? // Physiological and Molecular Plant Pathology. 2001. Vol. 68, no. 2. P. 1276-1283. https://doi.org/10.1006/pmpp.2001.0350.

17. Carlson R. E., Dolphin D. H. Pisum sativum stress metabolites: two cinnamylphenols and 2’-methoxychalcone // Phytochemistry. 1982. Vol. 21, no. 7. P. 1733-1736. https://doi.org/10.1016/S0031-9422(82)85049-8.

18. Altenburger R., Brack W., Greco W. R., Groot M., Jung K., Ovari A., et al. On the mode of action of N-phenyl-2-naphthylamine in plants // Environmental Science & Technology. 2006. Vol. 40, no. 19. P. 6163-6169. https://doi.org/10.1021/es060338e.

19. Hauser R., Calafat A. M. Phthalates and human health // Occupational and Environmental Medicine. 2005. Vol. 62, no. 11. P. 806-818. https://doi.org/10.1136/oem.2004.017590.

20. Kato-Noguchi H. Isolation and identification of an allelopathic substance in Pisum sativum // Phytochemistry. 2003. Vol. 62, no. 7. P. 1141-1144. https://doi.org/10.1016/S0031-9422(02)00673-8.

21. Hartwig U. A., Josef C. M., Phillips D. A. Flavonoid released naturally from alfalfa seeds enhance growth rate of Rhizobium meliloti // Journal of Plant Physiology. 1991. Vol. 95, no. 3. P. 797-803. https://doi.org/10.1104/pp.95.3.797.

22. Cruickshank I. A. M. Studies of phytoalexins. IY. The antimicrobial spectrum of pisatin // Australian Journal of Biological Sciences. 1962. Vol. 15, no. 5. P. 141-159. https://doi.org/10.1071/BI9620147.

23. Parke D., Ornston L. N. Enzymes of the β-ketoadipate pathway are inducible in Rhizobium and Agrobacterium spp. and constitutive in Bradyrhizobium spp. // Journal of Bacteriology. 1986. Vol. 165, no. 1. P. 288-292. https://doi.org/10.1128/jb.165.1.288-292.1986.

24. Пат. № 2231546, Российская Федерация, C12 N1/20//(C12 N1/20, C12 R1:065). Штамм бактерий AZ D10 VKM B-2272 Д, обладающий ростостимулирующими свойствами и устойчивый к дельтаметрину / О. Б. Вайшля, А. А. Бондаренко; заявитель и патентообладатель Томский государственный университет. Заявл. 28.08.2002; опубл. 27.06.2004.

25. Marek E. V., Koslitz S., Weiss T., Fartasch M., Schlüter G., Käfferlein H. U., et al. Quantification of N-phenyl-2-naphthylamine by gas chromatography and isotope-dilution mass spectrometry and its percutaneous absorption ex vivo under workplace conditions // Archives of Toxicology. 2017. Vol. 91, no. 11. P. 3587-3596. https://doi.org/10.1007/s00204-017-2046-2.

26. Alim Al-Bari M. A., Sayeed M. A., Rahman M. S., Mossadik M. A. Characterization and antimicrobial activities of a phenolic acid derivative produced by Streptomyces bangladeshiensis, a novel species collected in Bangladesh // Research Journal of Medical Sciences. 2006. Vol. 1, no. 2. P. 77-81.

27. Пастухова Е. С., Егорова В. О., Соколова Н. А., Плотникова Е. Г. Бактерии-деструкторы ортофталевой кислоты, выделенные из отходов калийного производства // Вестник Пермского университета. Серия: Биология. 2010. N 3. С. 227-232.

28. Kim S. M., Yoo J. A., Baek J. M., Cho K. H. Diethyl phthalate exposure is associated with embryonic toxicity, fatty liver changes, and hypolipidemia via impairment of lipoprotein functions // Toxicology in Vitro. 2015. Vol. 30, no. 1. P. 383-393. https://doi.org/10.1016/j.tiv.2015.09.026.

29. Mathesius U., Bayliss C., Weinman J. J., Schlaman H. R. M., Spaink H. P., Rolfe B. G., et al. Flavonoids synthezed in cortical cells during nodule initiation are early developmental markers in white clover // Molecular Plant-Microbe Interactions. 1998. Vol. 11, no. 12. P. 1223-1232. http://dx.doi.org/10.1094/MPMI.1998.11.12.1223.