Ризосферные бактерии

Н.В. Феоктистова, А.М. Марданова, Г.Ф. Хадиева, М.Р. Шарипова

Казанский (Приволжский) федеральный университет, г. Казань, 420008, Россия

Полный текст PDF

Аннотация

Обзор посвящен анализу современных данных литературы по ризосферным бактериям и их роли в жизнедеятельности растений. Охарактеризована структура ризосферы, показана роль растений как центров формирования микробных сообществ, приведены данные о таксономической принадлежности основных групп микроорганизмов, населяющих ризосферу. Рассмотрены ассоциативные взаимоотношения ризобактерий с растением-партнером и современная концепция голобионта как совокупности организма растения и ассоциированных с ним микроорганизмов. Подробно обсуждается роль ризобактерий в процессах азофиксации. Представлены механизмы прямой стимуляции роста растений посредством синтеза фитогормонов, улучшения фосфорного и азотного питания и повышения стрессоустойчивости, а также опосредованной стимуляции посредством антагонизма в отношении фитопатогенных микроорганизмов. Обсуждаются критерии отбора ризобактерий для практических целей.

Ключевые слова: растения, ризосфера, PGPR-бактерии, азотфиксация, стимуляция роста, антагонизм

Литература

1. Добровольская Т.Г. Структура бактериальных сообществ почв. – М.: ИКЦ «Академкнига», 2002. – 282 с.
2. Умаров М.М., Кураков А.В., Степанов А.Л. Микробиологическая трансформация азота в почве. – М.: ГЕОС, 2007. – 137 с.
3. Звягинцев Д.Г., Бабьева И.Л., Зенова Г.М. Биология почв. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 2005. – 445 с.
4. Иванов В.П. Корневые выделения и их значение в жизни фитоценозов. – М.: Наука, 1973. – 193 с.
5. Lynch J.M. The rhizosphere – form and function // Appl. Soil Ecol. – 1994. – V. 1, No 3. – P. 193–198. – doi: 10.1016/0929-1393(94)90010-8.
6. Умаров М.М. Ассоциативная азотфиксация. – М.: Изд-во Моск. ун-та, 1986. – 133 с.
7. Döbereiner J. Nitrogen-fixing bacteria in the rhizosphere // Quispel A. (ed.) The biology of nitrogen fixation. – Amsterdam: North-Holland Pub. Co, 1974. – P. 86–120.
8. Каменева С.В., Муромец Е.М. Генетический контроль процессов взаимодействия бактерий с растениями в ассоциациях // Генетика. – 1999. – Т. 35, № 11. – С. 1480–1494.
9. Звягинцев Д.Г., Добровольская Т.Г., Лысак Л.В. Растения как центры формирования бактериальных сообществ почв // Журн. общ. биол. – 1993. – Т. 54, № 2. – С. 183–199.
10. Bulgarelli D., Schlaeppi K., Spaepen S., Ver Loren van Themaat E., Schulze-Lefert P. Structure and function of bacterial microbiota of plants // Annu. Rev. Plant Biol. – 2013. – V. 64. – P. 807–838. – doi: 10.1146/annurev-arplant-050312-120106.
11. Беззубенкова О.Е., Юхлимова М.Н., Нестерова Н.И. Микрофлора ризосферы и ризопланы и её влияние на растительный организм // Естественные и технические науки. – 2012. – Т. 4. – С. 99–102.
12. Beneduzi A., Ambrosini A., Passaglia L.M.P. Plant-growth-promoting rhizobacteria (PGPR): Their potential as antagonists and biocontrol agents // Genet. Mol. Biol. – 2012. – V. 35, Suppl. 4. – P. 1044–1051.
13. Balandreau J. Microbiology of the association // Can. J. Microbiol. – 1983. – V. 29, No 8. – P. 851–859. – doi: 10.1139/m83-138.
14. Dobereiner J. Dinitrogen fixation in rhizosphere and phyllospere associations // Inorganic Plant Nutrition. – Berlin etc.: Springer-Verlag, 1983. – P. 330–350.
15. Бухарин О.В., Лобакова Е.С., Немцева Н.В., Черкасов С.В. Ассоциативный симбиоз. – Екатеринбург: Изд-во УрО РАН, 2006. – 264 с.
16. Zilber-Rosenberg I., Rosenberg E. Role of microorganisms in the evolution of animals and plants: the hologenome theory of evolution // FEMS Microbiol. Rev. – 2008. – V. 32, No 5. – P. 723–735. – doi: 10.1111/j.1574-6976.2008.00123.x.
17. Vandenkoornhuyse P., Quaiser A., Duhamel M., Le Van A., Dufresne A. The importance of the microbiome of plant holobiont // New Phytol. – 2015. – V. 206, No 4. – P. 1196–1206. – doi: 10.1111/nph.13312.
18. Schlaeppi K., Bulgarelli D. The plant microbiome at work // Mol. Plant-Microbe Interact. – 2015. – V. 28, No 3. – P. 212–217. – doi: 10.1094/MPMI-10-14-0334-FI.
19. Berg G., Rybakova D., Grube M., Koberl M. The plant microbiome explored: implications for experimental botany // J. Exp. Bot. – 2016. – V. 67, No 4. – P. 995–1002. – doi: 10.1093/jxb/erv466.
20. Chapparo J.M., Badri D.V., Bakker M.G., Sugiyama A., Manter D.K., Vivanco J.M. Root exudation of phytochemicals in Arabidopsis follows specific patterns that are developmentally programmed and correlate with soil microbial functions // PloS One. – 2013. – V. 8, No 8. – P. 55731. – doi: 10.1371/journal.pone.0055731.
21. Djordjevic M.A., Mond-Radzman N.A., Imin N. Small-peptide signals that control root nodule number, development, and symbiosis // J. Exp Bot. – 2015. – V. 66, No 17. – P. 5171–5181. – doi: 10.1093/jxb/erv357.
22. Isobe K., Ohte N. Ecological perspectives on microbes involved in N-cycling // Microbes Environ. – 2014. – V. 29, No 1. – P. 4–16. – doi: 10.1264/jsme2.ME13159.
23. Klopper J.W., Lifshitz R., Zablotowicz R.M. Free-living bacterial inocula for enhancing crop productivity // Trends Biotechnol. – 1989. – V. 7, No 2. – P. 39–43. – doi: 10.1016/0167-7799(89)90057-7.
24. Babu N., Jogaiah S., Ito S., Nagaraj K., Tran L. Improvement of growth, fruit weight and early blight disease protection of tomato plants by rhizosphere bacteria is correlated with their beneficial traits and induced biosynthesis of antioxidant peroxidase and polyphenol oxidase // Plant Sci. – 2015. – V. 231. – P. 62–73. – doi: 10.1016/j.plantsci.2014.11.006.
25. Мишке И.В. Микробные фитогормоны в растениеводстве. – Рига: Зинатне, 1988. – 151 с.
26. McNear Jr. D.H. The rhizosphere – roots, soil and everything in between // Nat. Educ. Knowl. – 2013. – V. 4, No 3. – P. 1.
27. Rajkumar M., Vara Prasad M.N., Freitas H., Ae N. Biotechnological applications of serpentine soil bacteria for phytoremediation of trace metals // Crit. Rev. Biotechnol. – 2009. – V. 29, No 2. – P. 120–130. – doi: 10.1080/07388550902913772.
28. Couillerot O., Ramírez-Trujillo A., Walker V., von Felten A., Jansa J., Maurhofer M., Défago G., Prigent-Combaret C., Comte G., Caballero-Mellado J., Moënne-Loccoz Y. Comparison of prominent Azospirillum strains in Azospirillum-Pseudomonas-Glomus consortia for promotion of maize growth // Appl. Microbiol. Biotechnol. – 2013. – V. 9, No 7. – P. 4639–4649. – doi: 10.1007/s00253-012-4249-z.
29. Chowdhury S.P., Hartmann A., Gao X-W., Borriss R. Biocontrol mechanism by root-associated Bacillus amyloliquefaciens FZB42 – a review // Front. Microbiol. – 2015. – V. 6. – Art. 780, P. 1–11. – doi: 10.3389/fmicb.2015.00780.
30. Fahad S., Hussain S., Bano A., Saud S., Hassan S., Shan D., Khan F.A., Khan F., Chen Y., Wu C., Tabassum M.A., Chun M.X., Afzal M., Jan A., Jan M.T., Huang J. Potential role of phytohormones and plant growth-promoting rhizobacteria in abiotic stresses: consequences for changing environment // Environ. Sci. Pollut. Res. Int. – 2015. – V. 22, No 7. – P. 4907–4921. – doi: 10.1007/s11356-014-3754-2.
31. Моргун В.В., Коць С.Я., Кириченко Е.В. Ростстимулирующие ризобактерии и их практическое применение // Физиология и биохимия культурных растений. – 2009. – Т. 41, № 3. – С. 187–207.
32. Шапошников А.И., Белимов А.А., Кравченко Л.В., Виванко Д.М. Взаимодействие ризосферных бактерий с растениями: механизмы образования и факторы эффективности ассоциативных симбиозов (обзор) // Сельскохозяйственная биология. – 2011. – № 3. – С. 16–22.
33. Ланкина Е.П., Хижняк С.В., Кулижский С.П. Перспективы использования смешанных культур психрофильных и психротолерантных бактерий в биологической защите растений от болезней // Вестн. КрасГАУ. – 2013. – №. 4. – С. 101–105.
34. Afzal M., Khan Q., Sessitsch A. Endophytic bacteria: Prospects and applications for the phytoremediation of organic pollutants // Chemosphere. – 2014. – V. 117. – P. 232–242. – doi:10.1016/j.chemosphere.2014.06.078.
35. Koul V., Adholeya A., Kochar M. Sphere of influence of indole acid and nitric oxide in bacteria // J. Basic Microbiol. – 2015. – V. 55, No 5. – P. 543–553. – doi: 10.1002/jobm.201400224.
36. Duca D., Lory J., Patten C.L., Rose D., Glick B.R. Indole-3-acetic acid in plant-microbe interactions // Antonie Van Leeuwenhoek. – 2014. – V. 106, No 1. – P. 85–125. – doi: 10.1007/s10482-013-0095-y.
37. Panhwar Q.A., Naher U.A., Jusop S., Othman R., Latif Md.A., Ismail M.R. Biochemical and molecular characterization of potential phosphate-solubilizing bacteria in acid sulfate soil and their beneficial effects on rice growth // PLoS One. – 2014. – V. 9, No 10. – Art. e97241. – doi: 10.1371/journal.pone.0097241.
38. Sharma S.B., Sayyed R.Z., Trivedi M.H., Gobi T.A. Phosphate solubilizing microbes: sustainable approach for managing phoaphorus deficiency in agricultural soils // SpringerPlus. – 2013. – V. 2. – Art. 587, P. 1–14. – doi: 10.1186/2193-1801-2-587.
39. Turner T.R., James E.K., Poole P.S. The plant microbiome // Genome Biol. – 2013. – V. 14, No 6. – Art. 209, P. 1–10. – doi: 10.1186/gb-2013-14-6-209.
40. Ullah A., Mushtag H., Ali H., Munis M.F., Javed M.T., Chaudhary H.J. Diazotrophs-assisted phytoremediation of heavy metals: a novel approach // Environ. Sci. Pollut. Res. Int. – 2015. – V. 22, No 4. – P. 2505–2514. – doi: 10.1007/s11356-014-3699-5.
41. 
    
42. Maksimov I.V., Abizgil'dina R.R., Pusenkova L.I. Plant growth promoting rhizobacteria as alternative to chemical crop protectiors from pathogens // Appl. Biochem. Microbiol. – 2011. – V. 47, No 4. – P. 333–345. – doi: 10.1134/S0003683811040090.
43. Haas D., Defago G. Biological control of soil-borne pathogens by fluorescent pseudomonas // Nat. Rev. Microbiol. – 2005. – V. 3, No 4. – P. 307–319.
44. Crowley D.E. Microbial siderophores in the plant rhizospheric // Barton L.L., Abadia J. (eds.) Iron nutrition in plants and rhizospheric microorganisms. – Dordrecht: Springer, 2006. – P. 169–198.
45. Baysal Ö., Lai D., Xu H., Siragusa M., Çalişkan M., Carimi F., Teixeira da Silva J.A., Tör A. A proteomic approach provides new insights into the control of soil-borne plant pathogens by Bacillus species // PLoS One. – 2013. – V. 8, No 1. – Art. e53182, P 1–12. – doi: 10.1371/journal.pone.0053182.
46. Choudhary D.K., Johri B.N. Interactions of Bacillus spp. and plants – with special reference to induced systemic resistance (ISR) // Microbiol. Res. – 2009. – V. 164, No 5. – P. 493–513. – doi: 10.1016/j.micres.2008.08.007.
47. Wu L., Wu H-J., Qiao J., Gao X., Borriss R. Novel routes for improving biocontrol activity of bacillus based bioinoculants // Front. Microbiol. – 2015. – V. 6. – Art. 1395, P. 1–13. – doi: 10.3389/fmicb.2015.01395.
48. Dietel K., Beator B., Budiharjo A., Fan B., Borriss R. Bacterial traits involved in colonization of Arabidopsis thaliana roots by Bacillus amyloliquefaciens FZB42 // Plant Pathol. J. – 2013. – V. 29, No 1. – P. 59–66. – doi:10.5423/PPJ.OA.10.2012.0155.
49. Никитина В.Е., Пономарева Е.Г., Аленькина С.А. Лектины клеточной поверхности азоспирилл и их роль в ассоциативных взаимоотношениях с растениями // Молекулярные основы взаимоотношений ассоциативных микроорганизмов с растениями. – М.: Колос, 2005. – С. 70–97.
50. Weert S., Bloemberg G. Rhizosphere Competence and the Role of Root Colonization in Biocontrol //Gnanamanickam S. (ed.) Plant-Associated Bacteria. – Houten, The Netherlands: Springer, 2006. – Р. 317–333.
51. Krzyzanowska D., Obuchowski M., Bikowski M., Rychlowski M., Jafra S. Colonization of potato rhizosphere by GFP-tagged Bacillus subtilis MB73/2, Pseudomonas sp. P482 and Ochrobactrum sp. A44 shown on large sections of roots using enrichment sample preparation and confocal laser scanning microscopy // Sensors (Basel). – 2012. – V. 12, No 12. – P. 17608–17619. – doi: 10.3390/s121217608.

Поступила в редакцию

14.03.16

Феоктистова Наталия Владимировна, научный сотрудник НИЛ ББФ кафедры микробиологии

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: nfeoktis@mail.ru

Марданова Айслу Миркасымовна, кандидат биологических наук, доцент кафедры микробиологии

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

E-mail: mardanovaayslu@mail.ru

Хадиева Гузель Фанисовна, студент кафедры биохимии и биотехнологии

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

Шарипова Маргарита Рашидовна, доктор биологических наук, профессор кафедры микробиологии

Казанский (Приволжский) федеральный университет

ул. Кремлевская, д. 18, г. Казань, 420008, Россия

Для цитирования: Феоктистова Н.В., Марданова А.М., Хадиева Г.Ф., Шарипова М.Р. Ризосферные бактерии // Учен. зап. Казан. ун-та. Сер. Естеств. науки. – 2016. – Т. 158, кн. 2. – С. 207–224.

For citation: Feoktistova N.V., Mardanova A.M., Hadieva G.F., Sharipova M.R. Rhizosphere bacteria. Uchenye Zapiski Kazanskogo Universiteta. Seriya Estestvennye Nauki, 2016, vol. 158, no. 2, pp. 207–224. (In Russian)

Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.