Effect of Bacillus thuringiensis strains on growth and metabolic processes in Pisum sativum L. sprouts

Мұқаба

Дәйексөз келтіру

Толық мәтін

Аннотация

Although the entomopathogenic bacteria Bacillus thuringiensis Berliner are well-known bio-agents for regulating the population of leaf-eating pests of agricultural and ornamental crops, other agricultural properties of this microorganism are promising. In this work, the growth-stimulating effect of entomopathogenic strains of B. thuringiensis on Deviz pea plants was studied. The entomopathogenic strains B. thuringiensis 685, 926 and 109-C obtained from the Crimean Collection of Microorganisms of the Crimean Agricultural Research Institute, registered online (http://www.ckp-rf.ru) with number 507484, were used as research material. The morphometric parameters of pea sprouts were evaluated following standard methods. Biochemical parameters of pea sprouts were determined for 10-day-old sprouts. The amylase activity of pea sprouts was determined by photocalorimetry; total acidity was measured by titration using 0.1 n NaOH solution; total water-soluble phenolic compounds were determined by Leventhal titrimetric method. It was found that liquid spore culture of strains B. thuringiensis 685, 926 and 109-C had a stimulating effect on the length of root and stem and the weight of 10-day-old sprouts of Deviz pea variety. Treatment with a spore suspension of all tested strains B. thuringiensis led to an increase in the content of organic acids in the sprouts by an average of 12.4% compared with that of the control. Maximum stimulating effect on amylolytic activity and synthesis of phenolic compounds in Deviz pea sprouts was achieved by treating with a spore suspension of the strain B. thuringiensis 926. The amylase activity increased on average by 41.5% when compared to that of the control, while the total content of phenolic compounds in this experiment was 2.3 times higher than that of the control. Therefore, in light of the entomopathogenic properties and the obtained data on the growth-stimulating activity of the strains of B. thuringiensis, it can be concluded that these bacteria have additional potential for their use in agriculture as a bio-agent for plant protection having a complex action.

Авторлар туралы

A. Kryzhko

Institute of Agriculture of Crimea

Email: kryzhko_a@niishk.ru

N. Smagliy

Institute of Agriculture of Crimea

Email: scarletsun7991@mail.ru

Әдебиет тізімі

  1. Espinasse S., Chaufaux J., Buisson C., Perchat S., Gohar M., Bourguet D., et al. Occurrence and linkage between secreted insecticidal toxins in natural isolates of Bacillus thuringiensis // Current Microbiology. 2003. Vol. 47. P. 501–507. https://doi.org/10.1007/s00284-0034097-2.
  2. Кандыбин Н. В. Бактериальные средства борьбы с грызунами и вредными насекомыми: теория и практика. М.: Агропромиздат, 1989. 172 с.
  3. Мельникова Е. А. О патогенности В. thuringiensis и препаратов на их основе для теплокровных организмов // Энтомопатогенные бактерии и их роль в защите растений. Новосибирск, 1987. С. 118–130.
  4. Коростель С. И., Капустина О. В. Влияние термостабильного экзотоксина Bacillus thuringiensis на трихограмму (Trichogramma sp.) и агениасписа (Ageniaspis tuscicollus Dalm.) // Труды ВНИИ защиты растений. 1975. 44 с.
  5. Deshayes C., Siegwart M., Pauron D., Froger J.-A., Lapied B., Apaire-Marchais V. Microbial pest control agents: are they a specific and safe tool for insect pest management // Current Medicinal Chemistry. 2017. Vol. 24. P. 2959–2973. https://doi.org/10.2174/0929867324666170314144311.
  6. Baranek J., Pogodziński B., Szipluk N., Zielezinski A. TOXiTAXi: a web resource for toxicity of Bacillus thuringiensis protein compositions towards species of various taxonomic groups // Scientific Reports. 2020. Vol. 10. P. 19767. https://doi.org/10.1038/s41598-02075932-7.
  7. Rubio-Infante N., Moreno-Fierros L. An overview of the safety and biological effects of Bacillus thuringiensis cry toxins in mammals // Journal of Applied Toxicology. 2016. Vol. 36. P. 630–648. https://doi.org/10.1002/jat.3252.
  8. Nazari M., Smith D. L. A PGPR-produced bacteriocin for sustainable agriculture: a review of thuricin 17 characteristics and applications // Frontiers in Plant Science. 2020. Vol. 11. https://doi.org/10.3389/Fpls.2020.00916.
  9. Гришечкина С. Д., Ермолова В. П., Коваленко Т. К., Антонец К. С., Белоусова М. Е., Яхно В. В.. Полифункциональные свойства производственного штамма Bacillus thuringiensis var. thuringiensis 800/15 // Сельскохозяйственная биология. 2019. Т. 54. N 3. С. 494–504. https://doi.org/10.15389/agrobiology.2019.3.494rus.
  10. Berg G., Muller H., Zachow C., Opelt K., Scherwinski K., Tilcher R., et al. Endophytes: structural and functional diversity and biotechnological applications in control of plant pathogens // Ecological Genetics. 2008. Vol. 6, no. 2. P. 17–26. https://doi.org/10.17816/ecogen6217-26.
  11. Vyas P., Kaur R. Culturable stress-tolerant plant growth-promoting bacterial endophytes associated with Adhatoda vasica // Journal of Soil Science and Plant Nutrition. 2019. Vol. 19. P. 290–298. https://doi.org/10.1007/s42729-019-00028-9.
  12. Jo H., Tagele S. B., Pham H. Q., Kim M. C.,
  13. Choi S. D., Kim M. J., et al. Response of soil bacterial community and pepper plant growth to application of Bacillus thuringiensis KNU-07 // Agronomy-Basel. 2020. Vol. 10, no. 4. P. 551. https://doi.org/10.3390/Agronomy10040551.
  14. Raheem A., Shaposhnikov A., Belimov A. A., Dodd I. C., Ali B. Auxin production by rhizobacteria was associated with improved yield of wheat (Triticum aestivum L.) under drought stress // Archives of Agronomy and Soil Science. 2018. Vol. 64. P. 574–587. https://doi.org/10.1080/03650340.2017.1362105.
  15. Ambreen S., Yasmin A., Aziz S. Isolation and characterization of organophosphorus phosphatases from Bacillus thuringiensis MB497 capable of degrading chlorpyrifos, triazophos and dimethoate // Heliyon. 2020. Vol. 6, no. 7. https://doi.org/10.1016/j.heliyon.2020.e04221.
  16. Garner B., Brown E., Taplin M., Garcia A., Williams-Mapp B. Transferrin Impacts Bacillus thuringiensis biofilm levels // Biomed Research International. 2016. https://doi.org/10.1155/2016/3628268.
  17. De Mandal S., Singh S. S., Kumar N. S. Analyzing plant growth promoting Bacillus sp. and related genera in Mizoram, Indo-Burma biodiversity hotspot // Biocatalysis and Agricultural Biotechnology. 2018. Vol. 15. P. 370–376. https://doi.org/10.1016/j.bcab.2018.07.026.
  18. Raddadi N., Cherif A., Boudabous A., Daffonchio D. Screening of plant growth promoting traits of Bacillus thuringiensis // Annals of Microbiology. 2008. Vol. 58. P. 47–52. https://doi.org/10.1007/Bf03179444.
  19. Симонова А. А., Терехин Д. А., Терехина Л. Д., Каменек Л. К. Стимулирующее действие дельта-эндотоксина Bacillus thuringiensis kurstaki штамм Z-52 на ювенильные растения // Постгеномная эра в биологии и проблемы: материалы II Международной научно-практической конференции. Казань, 2008. C. 119–120.
  20. Терехин Д. А., Терехина Л. Д., Симонова А. А., Каменек Л. К. Характер действия дельтаэндотоксина Bacillus thuringiensis kurstaki штамм Z-52 на огурец в условиях низких температур in vitro // Постгеномная эра в биологии и проблемы: материалы II Международной научно-практической конференции. Казань, 2008. C.131–132.
  21. Cheynier V., Comte G., Davis K. M., Lattanzio V., Martens S. Plant phenolics: recent advances on their biosynthesis, genetics, and ecophysiology // Plant Physiology and Biochemistry. 2013. Vol. 72. P. 1–20. https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/23774057/.
  22. Lattanzio V., Kroon P. A., Quideau S., Treutter D. Plant phenolics − secondary metabolites with diverse functions // Recent advances in Polyphenol Research. F. Daayf, V. Lattanzio (eds.). Oxford, UK, Wiley-Blackwell, 2008. Vol. 1. P. 1–35.
  23. Демиденко Г. А. Влияние свинца на рост и развитие семян и проростков гороха овощного // Вестник КрасГАУ. 2019. N 4. С. 16−23.
  24. Chacon I., Riley-Saldana Ch., Gonzalez A. Secondary metabolites during early development in plants // Phytochemistry Reviews. 2013. Vol. 12. P. 47–64. https://doi.org/10.1007/s11101-012-9250-8.
  25. Казанцева В. В., Гончарук Е. А., Фесенко А. Н., Широкова А. В., Загоскина Н. В. Особенности образования фенольных соединений в проростках гречихи (Fagopyrum esculentum Moench) различных сортов // Сельскохозяйственная биология. 2015. Т. 50. N 5. С. 611–619. https://doi.org/10.15389/agrobiology.2015.5.611rus.
  26. Pompeiano A., Fanucchi F., Guglielminetti L. Amylolytic activity and carbohydrate levels in relation to coleoptile anoxic elongation in Oryza sativa genotypes // Journal of Plant Research. 2013. Vol. 126, no. 6. P. 787–794. https://doi.org/10.1007/s10265-013-0567-1.
  27. Liu X., Zhang S., Shan X. Q., Christie P. Combined toxicity of cadmium and arsenate to wheat seedlings and plant uptake and antioxidative enzyme responses to cadmium and arsenate co-contamination // Ecotoxicology and Environmental Safety. 2007. Vol. 68, no. 2. P. 305–313. https://doi.org/10.1016/j.ecoenv.2006.11.001.
  28. Хайлафян А. А. Современные статистические методы медицинских исследований. М.: ЛЕНАРД, 2014. 320 с. 28. Deore G. B., Limaye A. S., Dushing Y. A., Dhobale S. B., Kale S., Laware S. L. Screening of protease producing fungi for microbial digestion of seed proteins and synthesis of amino acids-metalnutrient chelates // Pakistan Journal of Biological Sciences. 2013. Vol. 16. P. 86–91. https://doi.org/10.3923/pjbs.2013.86.91.
  29. Carré B., Gomez J., Chagneau A. M. Contribution of oligosaccharide and polysaccharide digestion, and excreta losses of lactic acid and short chain fatty acids, to dietary metabolisable energy values in broiler chickens and adult cockerels // British Poultry Science. 1995. Vol. 36. P. 611–629. https://doi.org/10.1080/00071669508417807.
  30. Khemakhem M., Zarroug Y., Jabou K., Selmi S., Bouzouita N. Physicochemical characterization of oil, antioxidant potential, and phenolic profile of seeds isolated from Tunisian pomegranate (Punica granatum L.) cultivars // Journal of Food Science. 2021. Vol. 86, no. 3. P. 852–859. https://doi.org/10.1111/1750-3841.15636.
  31. Schepper C. F., Michiels P., Buvé C., van Loey A. M., Courtin C. M. Starch hydrolysis during mashing: a study of the activity and thermal inactivation kinetics of barley malt α-amylase and β-amylase // Carbohydrate Polymers. 2021. Vol. 255. P. 117494. https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2020.117494.
  32. Andriotis V. M. E., Rejzek M., Barclay E., Michael D. M., Robert A. F., Alison M. A. Cell wall degradation is required for normal starch mobilisation in barley endosperm // Scientific Reports. 2016. Vol. 6. P. 33215. https://doi.org/10.1038/srep33215.
  33. Ahmed Z., Manzoor M. F., Ahmad N., Zeng X.-A., Din Z. U., Roobab U. Impact of pulsed electric field treatments on the growth parameters of wheat seeds and nutritional properties of their wheat plantlets juice // Food Science & Nutrition. 2020. Vol. 8, no. 5. P. 2490– 2500. https://doi.org/10.1002/fsn3.1540.
  34. Díaz-Guerra L., Llorens L., Julkunen-Tiitto R., Nogués I., Font J., González J. A., et al. Leaf biochemical adjustments in two Mediterranean resprouter species facing enhanced UV levels and reduced water availability before and after aerial biomass removal // Plant Physiology and Biochemistry. 2019. Vol. 137. P. 130–143. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2019.01.031.
  35. Ahmadi T., Shabani L., Sabzalian M. R. LED light mediates phenolic accumulation and enhances antioxidant activity in Melissa officinalis L. under drought stress condition // Protoplasma. 2020. Vol. 257, no. 4. P. 1231–1242. https://doi.org/10.1007/s00709020-01501-4.
  36. Beshamgan E. S., Sharifi M., Zarinkamar F. Crosstalk among polyamines, phytohormones, hydrogen peroxide, and phenylethanoid glycosides responses in Scrophularia striata to Cd stress // Plant Physiology and Biochemistry. 2019. Vol. 143. P. 129–141. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2019.08.028.
  37. Ayuso-Calles M., García-Estévez I., Jiménez-Gómez A., Flores-Félix J. D., Escribano-Bailón M. T., Rivas R. Rhizobium laguerreae improves productivity and phenolic compound content of lettuce (Lactuca sativa L.) under saline stress conditions // Foods. 2020. Vol. 9, no. 9. P. 1166. https://doi.org/10.3390/foods9091166.

Қосымша файлдар

Қосымша файлдар
Әрекет
1. JATS XML
Жүктеу


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».