Микробиология, 2021, T. 90, № 2, стр. 204-214

Pantoea brenneri AS3 и Bacillus ginsengihumi М2.11 как потенциальные агенты биоконтроля и стимуляторы роста растений

Д. Л. Иткина a*, А. Д. Сулейманова a, М. Р. Шарипова a

a Казанский (Приволжский) федеральный университет
420008 Казань, Россия

* E-mail: laia9301@mail.ru

Поступила в редакцию 19.07.2020
После доработки 10.10.2020
Принята к публикации 11.11.2020

Аннотация

Исследовали механизмы биоконтрольного действия штаммов Pantoea brenneri AS3 и Bacillus ginsengihumi М2.11. Установлена способность штаммов к выделению ионов аммония и цианидов, целлюлазной и протеазной активности, фиксации азота, а также к мобилизации почвенных фосфатов и фитатов. Выявлена способность штаммов к синтезу сидерофоров, максимальная продукция которых обнаружена на 48 ч культивирования и составляла 198 ± 8 мкМ у штамма B. ginsengihumi М2.11 и 84 ± 7 мкМ у штамма P. brenneri AS3. Бактерии продуцировали фитогормон – индолилуксусную кислоту (ИУК), выход которой на 24 ч роста составил 34 ± 3 мкг/мл у B. ginsengihumi М2.11 и 29 ± 2 мкг/мл у P. brenneri AS3. Установлено, что оба штамма обладали фунгицидной активностью против фитопатогенов рода Fusarium: рост представителей разных видов Fusarium подавлялся более чем на 90% в присутствии бактерий P. brenneri AS3 и B. ginsengihumi М2.11. Сделано заключение, что обладая множественными полезными для растений характеристиками, штаммы P. brenneri AS3 и B. ginsengihumi М2.11 могут быть использованы в качестве объектов для создания технологий биоудобрений и стимуляторов роста растений.

Ключевые слова: Pantoea, Bacillus, биологическая активность, сидерофоры, ИУК, фунгицидная активность

DOI: 10.31857/S0026365621020063

Список литературы

  1. Горшкова О.М., Горецкая А.Г., Корешкова Т.Н., Краснушкин А.В., Марголина И.Л., Потапов А.А., Пращикина Е.М., Шкиль А.Н. Методы лабораторных и полевых исследований / Под ред. Слипенчука М.В. М.: Географический факультет МГУ, 2015. 220 с.

  2. Концевая И.И. Микробиология: культивирование и рост бактерий. Практическое руководство для студ. биологич. спец. вузов. г. Гомель. Полиграф. Министерство образования РБ, Гомельский гос. ун-т им. Ф. Скорины, 2017. 44 с.

  3. Коряжкина М. Ф. Особенности взаимодействия Bacillus atrophaeus B-9918 с растениями и фитопатогенными грибами. Дис. … канд. биол. наук. 14.03.2012. Саратов: ИБФРМ РАН, 2012. 158 с.

  4. Сулейманова А.Д., Иткина Д.Л., Шарипова М.Р. Штамм бактерий Pantoea brenneri, обладающий фосфатмобилизующей и фунгицидной активностью. Патент РФ № 2654595. Заявка № 2017130448 от 28.08.2017.

  5. Дунайцев И.А., Клыкова М.В., Кондрашенко Т.Н., Сомов А.Н., Старшов А.А., Аитов Р.С., Дятлов И.А. Фосфатрастворяющий штамм Pseudomonas species 181a с фунгицидными свойствами. Патент РФ № 2451069. Заявка № 2010143691/10 от 27.10.2010.

  6. Хадиева Г.Ф., Лутфуллин М.Т., Мочалова Н.К., Ленина О.А, Шарипова М.Р., Марданова А.М. Новые штаммы Bacillus subtilis как перспективные пробиотики // Микробиология. 2018. Т. 87. С. 356–365.

  7. Khadieva G.F., Lutfullin M.T., Mochalova N.K., Lenina O.A., Sharipova M.R., Mardanova A.M. New Bacillus subtilis strains as promising probiotics // Microbiology (Moscow). 2018. V. 87. P. 463–470.

  8. Хан В.В. Закономерности взаимодействия организма с веществами раздражающего, пульмотоксического и общеядовитого действия. Учебно-методическое пособие для студентов V курсов лечебного, педиатрического, IV курса стоматологического факультетов. Краснодар, 2011.

  9. Хрусталева Г.А., Аллахвердиев С.Р. Cпособ ингибирования активности бактерий Salmonella enteritidis в почве // Современные проблемы науки и образования. 2016. № 3. С. 413.

  10. Шепелин А.П., Дятлов И.А. Питательные среды для энтеробактерий. М.: Династия, 2017. 232 с.

  11. Acuna J.J., Jorquera M.A., Martinez O.A., Menezes-Blackburn D., Fernandez M.T., Marschner P., Greiner R., Mora M.L. Indole acetic acid and phytase activity produced by rhizosphere bacilli as affected by pH and metals // J. Soil Sci. Plant Nutrit. 2011. V. 11. P. 1–12.

  12. Akhmetova A.A., Suleimanova A.D., Toymentseva A.A., Balaban N.P., Iljukhina D.L., Sharipova M.R. Heterologous expression of Bacillus ginsengihumi phytase gene // Research J. Pharm. Biol. Chem. Sci. 2015. V. 6. P. 117–122.

  13. Barazani O., Friedman J. Effect of exogenously applied l‑tryptophan on allelochemical activity of plant-growth-promoting rhizobacteria (PGPR) // J. Chem. Ecol. 2000. V. 26. P. 343–349.

  14. Bhattacharya A. Changing environmental condition and phosphorus-use efficiency in plants // Changing Climate and Resource Use Efficiency in Plants / Ed. Bhattacharya A. London: Elsevier, Academic Press, 2019. V. 5. P. 241–305.

  15. Bric J.M., Bostock R.M., Silverstone S.E. Rapid in situ assay for indoleacetic acid production by bacteria immobilized on a nitrocellulose membrane // Appl. Environ. Microbiol. 1991. V. 57. P. 535–538.

  16. Carlos M.H.F., Vilas-Boas A., Sousa C.A., Soares M.V.M., Soares E.V. Comparison of five bacterial strains producing siderophores with ability to chelate iron under alkaline conditions // AMB Express. 2019. V. 9. Art. 78. https://doi.org/10.1186/s13568-019-0796-3

  17. Chagas A.F. Oliveira A.G., Oliveira L.A., Santos G.R., Chagas L.F.B., Lopes A.L. Production of indole-3-acetic acid by Bacillus isolated from different soils // Bulgar. J. Agric. Sci. 2015. V. 21. P. 282–287.

  18. Cornelis P. Iron uptake and metabolism in pseudomonads // Appl. Microbiol. Biotechnol. 2010. V. 86. P. 1637–1645.

  19. De Maayer P., Aliyu H., Vikram S., Blom J., Duffy B., Cowan D.A., Smits T.H.M., Venter S.N., Coutinho T.A. Phylogenomic, pangenomic, pathogenomic and evolutionary genomic insights into the agronomically relevant enterobacteria Pantoea ananatis and Pantoea stewartii // Front. Microbiol. 2017. V. 8. P. 17–55.

  20. Dutkiewicz J., Mackiewicz B., Lemieszek M.K., Golec M., Milanowski J. Pantoea agglomerans: a mysterious bacterium of evil and good. Part IV. Beneficial effects // Ann. Agric. Environ. Med. 2016. V. 23. P. 206–222.

  21. Kavamura V.N., Santos S.N., da Silva J.L., Parma M.M., Avila L.A., Visconti A., Zucchi T.D., Taketani R.G., Andreote F.D., de Melo I.S. Screening of Brazilian cacti rhizobacteria for plant growth promotion under drought // Microbiol . Res. 2013. V. 168. P. 183–191.

  22. Khan N., Martinez-Hidalgo P., Ice A., Maymon M., Humm A., Nejat N., Sanders R., Kaplan D. Antifungal activity of Bacillus species against Fusarium and analysis of the potential mechanisms used in biocontrol // Front. Microbiol. 2018. V. 9. P. 23–63.

  23. Kosmidis C.D., Denning W. Opportunistic and Systemic Fungi // Infectious Diseases (Fourth Edition). 2017. V. 2. P. 1681–1709.

  24. Kramer J., Ozkaya O., Kummerli R. Bacterial siderophores in community and host interactions // Nature Rev. Microbiol. 2019. V. 18. P. 152–163.

  25. Liu W., Chen Z., Zhang T., Lu C. Application of Pantoea agglomerans strain Z01 to control Fusarium wilt and its effect on the quality parameters of rockets // Ann. Microbiol. 2013. V. 64. P. 1443–1446.

  26. Martins V.M., Paula M.M., Takita M.A., De Souza A.A. Persistence in phytopathogenic bacteria: do we know enough? // Front. Microbiol. 2018. V. 9. P. 1099.

  27. Minaxi L.N., Yadav R.C., Saxena J. Characterization of multifaceted Bacillus sp. RM-2 for its use as plant growth promoting bioinoculant for crops grown in semiarid deserts // Appl. Soil Ecol. 2012. V. 59. P. 124–135.

  28. Muller A., Schader C., Scialabba N.E., Bruggemann J., Isensee A., Erb K., Smith P., Klocke P., Leiber F., Stolze M., Niggli U. Strategies for feeding the world more sustainably with organic agriculture // Nat. Commun. 2017. V. 8. P. 1290–1304.

  29. Norovsuren J., Boykova I.V., Savich V.I., Zenova G.M. Ecological functions of soil actinomycetes of Mongolia // Proc. 21th ISTRO Conference, Paris, France. 2018. P. 357–358.

  30. Payne M. Detection, isolation, and characterization of siderophores // Methods Enzymol. 1994. V. 235. P. 329–344.

  31. Petatan-Sagahon I., Anducho-Reyes M.A., Silva-Rojas H.V., Arana-Cuenca A., Tellez-Jurado A., Cardenas-Alvarez I.O., Mercado-Flores Y. Isolation of bacteria with antifungal activity against the phytopathogenic fungi Stenocarpella maydis and Stenocarpella macrospora // Int. J. Mol. Sci. 2011. V. 12. P. 5522–5537.

  32. Prakash J., Arora N.K. Phosphate-solubilizing Bacillus sp. enhances growth, phosphorus uptake and oil yield of Mentha arvensis L. // 3 Biotech. 2019. V. 9. P. 126. https://doi.org/10.1007/s13205-019-1660-5

  33. Prochownik E., Dobrowolska-Iwanek J. Phosphorus solubilization by Bacillus species // Molecules. 2018. V. 23. Art. 2897.

  34. Silini-Cherif H., Silini A., Ghoul M., Yadav S. Isolation and characterization of plant growth promoting traits of a Rhizobacteria: Pantoea agglomerans lma2 // Pakistan J. Biol. Sci. 2012. V. 15. P. 267–276.

  35. Smits T.H.M., Rezzonico F., Kamber T., Blom J., Goesmann A., Ishimaru C.A., Frey J.E., Stockwell V.O., Duffy B. Metabolic versatility and antibacterial metabolite biosynthesis are distinguishing genomic features of the fire blight antagonist Pantoea vagans C9-1 // PLoS One. 2011. V. 6. e22247.

  36. Suleimanova A.D., Beinhauer A., Valeeva L.R., Chastukhina I.B., Balaban N.P., Shakirov E.V., Greiner R., Sharipova M.R. Novel glucose-1-phosphatase with high phytase activity and unusual metal ion activation from soil bacterium Pantoea sp. strain 3.5.1 // Appl. Environ. Microbiol. 2015. V. 81. P. 6790–6799.

  37. Veliz E.A., Martinez-Hidalgo P., Hirsch A.M. Chitinase producing bacteria and their role in biocontrol // AIMS Microbiol. 2017. V. 3. P. 689–705.

  38. Wagi S., Ahmed A. Bacillus spp.: potent microfactories of bacterial IAA // Peer J. 2019. V. 23. e7258.

  39. Walterson A.M., Stavrinides J. Pantoea: insights into a highly versatile and diverse genus within the Enterobacteriaceae // FEMS Microbiol. Rev. 2015. V. 39. P. 968–984.

  40. Xu S.J., Kim B.S. Biocontrol of Fusarium crown and root rot and promotion of growth of tomato by Paenibacillus strains isolated from soil // Mycobiol. 2014. V. 42. P. 158–166.

Дополнительные материалы отсутствуют.