ИЗОЛЯТЫ ИЗ РИЗОСФЕРЫ И ФИЛОПЛАНЫ ПОДСОЛНЕЧНИКА, ПРОДУЦЕНТЫ ФИТОГОРМОНОВ КАК ПОТЕНЦИАЛЬНЫЕ БИОАГЕНТЫ-СТИМУЛЯТОРЫ РОСТА РАСТЕНИЙ
DOI 10.12737/2073-0462-2025-1-18-23 УДК 631.46
Ключевые слова:
индолил-3-уксусная кислота, фитогормон, биопрепарат, микроорганизмыАннотация
В условиях глобальных экологических вызовов возрастает необходимость модернизации земледелия путем разработки и распространения экологически безопасных бактериальных инокулянтов, способных заменить химические удобрения и пестициды, что особенно важно для устойчивого развития сельского хозяйства. Исследования проводили с целью поиска микроорганизмов-продуцентов фитогормонов для стимуляции роста растений и составления биологически активного консорциума. Работу выполняли в лабораторных условиях с выделенными из ризосферы и филопланы подсолнечника 17-и изолятами микроорганизмов, способных синтезировать ауксины, в частности, индолил-3-уксусную кислоту. Скрининг биосинтеза этой кислоты исследуемыми изолятами в чашечном тесте на агаризованной среде с реактивом Сальковского позволил выявить качественную положительную реакцию и установить концентрации индолил-3-уксусной кислоты у выделенных изолятов. В результате изучения фенотипических признаков и молекулярно-генетического анализа последовательностей гена 16S рРНК определена видовая принадлежность выделенных микроорганизмов. Три наиболее активных изолята, способных к производству фитогормона, относятся к роду Pseudomonas и были идентифицированы до вида как Pseudomonas poae, Pseudomonas frederiksbergensis и Pseudomonas brassicacearum. Синтез индолил-3-уксусной кислоты этими изолятами составляет 93,0±0,4 мкг/мл; 69,6±2,0 мкг/мл и 74,2±2,5 мкг/мл соответственно. Изолят КПД77, идентифицированный как Arthrobacter oryzae, продемонстрировал уровень синтеза индолил-3-уксусной кислоты, равный 86,1±2,8 мкг/мл. Способность микроорганизмов этого вида к синтезу такого фитогормона установлена впервые. На основе полученных данных отобрано пять перспективных изолятов, выделенных из ризосферы и филоплана подсолнечника, для формирования консорциума микроорганизмов, предназначенного для стимуляции роста растений.
Литература
1. An ABC transporter mutation alters root exudation of phytochemicals that provoke an overhaul of natural soil microbiota / D. V. Badri, N. Quintana, E. G. El. Kassis, et al. // Plant physiology. 2009. Vol. 151. No. 4. P. 2006–2017. doi: 10.1104/pp.109.147462.
2. Endophytic fungi as biocontrol agents: elucidating mechanisms in disease suppression / M. A. C. Latz, B. Jensen, D. B. Collinge, et al. // Plant Ecology & Diversity. 2018. Vol. 11. No. 5–6. P. 555–567. doi: 10.1080/17550874.2018.1534146.
3. Роль фитогормонов и света в процессе деэтиоляции / В. В. Кузнецов, А. С. Дорошенко, Н. В. Кудрякова и др. // Физиология растений. 2020. T. 67. № 6. С. 563–577. doi: 10.31857/S001533032006010X
4. Techniques to study microbial phytohormones / K. Patel, D. Goswami, P. Dhandhukia, et al. // Bacterial metabolites in sustainable agroecosystem. 2015. P. 1–27. URL: https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-319-24654-3_1 (дата обращения: 28.02.2025) doi: 10.1007/978-3-319-24654-3_1.
5. Пряников И. Д., Сорокин Д. С. Гормональная регуляция как механизм координации обмена веществ у растений // Молодая фармация - потенциал будущего: сборник материалов конференции. Санкт-Петербург: Санкт-Петербургский государственный химико-фармацевтический университет, 2023. С. 863-868.
6. Hassan M. K., McInroy J. A., Kloepper J. W. The interactions of rhizodeposits with plant growth-promoting rhizobacteria in the rhizosphere: a review // Agriculture. 2019. Vol. 9. No. 7. P. 1–13. URL: https://www.mdpi.com/2077-0472/9/7/142 (дата обращения: 28.02.2025). doi: 10.3390/agriculture9070142.
7. Glick B. R. Beneficial plant-bacterial interactions: Monography / B.R. Glick. – Heidelberg: Springer, 2015. Vol. 243. 383 p. doi: 10.1007/978-3-319-13921-0.
8. Plant growth promotion induced by phosphate solubilizing endophytic Pseudomonas isolates / N. Oteino, R. D. Lally, S. Kiwanuka, et al. // Frontiers in microbiology. 2015. Vol. 6. Art. 745. URL: https://www.frontiersin.org/journals/microbiology/articles/10.3389/fmicb.2015.00745/full (дата обращения: 22.02.2025). doi: 10.3389/fmicb.2015.00745.
9. Громова О. А., Максимов А. Ю. Характеристика бактерий - продуцентов гидролитических ферментов, перспективных в качестве стимуляторов роста растений // Фундаментальные и прикладные исследования в биологии и экологии: сборник статей по материалам региональной научной конференции. Пермь: Пермский государственный национальный исследовательский университет, 2024. С. 98–100.
10. Новая грамположительная бактерия рода Exiguobacterium sp. S4/2 – эффективный многофункциональный стимулятор роста растений / Т. Н. Абашина, А. Н. Звонарев, А. П. Шорохова и др. // Актуальная биотехнология. 2022. № 1. С. 11–14.
11. Optimization of IAA production by endophytic Bacillus spp. from Vigna radiata for their potential use as plant growth promoters / N. Bhutani, R. Maheshwari, M. Negi, et al. // Israel journal of plant sciences. 2018. Vol. 65. №. 1-2. P. 83–96. doi: 10.1163/22238980-00001025.
12. Characterisation of the endophytic and rhizospheric Bacillus licheniformis strains isolated from sweet potato with plant growth-promoting and yield enhancing potential / Á. Bordé-Pavlicz, A. R. Zhumakayev, H. Allaga, et al. // Advances in Agriculture. 2024. Vol. 2024. P. 4073275. URL: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1155/2024/4073275 (дата обращения: 28.02.2025) doi: 10.1155/2024/4073275.
13. Gautam A. Phenol-chloroform DNA isolation method // DNA and RNA Isolation Techniques for Non-Experts. Cham: Springer International Publishing, 2022. P. 33–39. doi: 10.1007/978-3-030-94230-4.
14. Metabolic profiling of streptomyces strains from different types of Tatarstan soils using GEN III omnilog system / K. A. Saparmyradov, C. Bolormaa, I. A. Nabiullovich, et al. // Research Journal of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences. 2015. Vol. 6. №. 4. P. 148–154.
15. Исламов Б. Р., Шульга Е. Ю. Получение перспективных штаммов из дикорастущих растений для применения в сельском хозяйстве // Вестник Казанского ГАУ. 2024. № 4 (76). С. 41–48. doi: 10.12737/2073-0462-2024-41-48.
16. Патент № 2822893 C1 Российская Федерация. Консорциум микроорганизмов для стимуляции роста растений и защиты от фитопатогенных грибов и способ повышения продуктивности растений / Д. М Афордоаньи., Ш. З. Валидов, Е. Ю. Шульга и др. / заявл. 28.12.2023; опубл. 15.07.2024. Заявитель: Федеральный исследовательский центр «Казанский научный центр Российской академии наук».
17. Kamble K. D., Galerao D. K. Indole acetic acid production from Pseudomonas species isolated from rhizosphere of garden plants in Amravati // International journal of advances in pharmacy, biology and chemistry. 2015. Vol. 4. №. 1. P. 23–31.
18. Biocontrol efficacy of endophyte Pseudomonas poae to alleviate Fusarium seedling blight by refining the morpho-physiological attributes of wheat / E. Ibrahim, R. Nasser, S.O. Ogunyemi, et al. // Plants. 2023. Vol. 12. No. 12. Art. 2277. URL: https://www.mdpi.com/2223-7747/12/12/2277 (дата обращения: 28.02.2025) doi: 10.3390/plants12122277.
19. Selection of the root endophyte Pseudomonas brassicacearum CDVBN10 as plant growth promoter for Brassica napus L. crops / A. Jiménez-Gómez, Z. Saati-Santamaría, M. Kostovcik, et al. // Agronomy. 2020. Vol. 10. No. 11. Art 1788. URL: https://www.mdpi.com/2073-4395/10/11/1788 (дата обращения: 28.02.2025) doi: 10.3390/agronomy10111788.
20. Application of Arthrobacter sp. YM27 for promoting germination and early growth of panicum in heavy metal-contaminated soil / S. Hwang, S. Joo, Y. Lee, et al. // Microbiology and biotechnology letters. 2024. Vol. 52. №. 4. P. 383–396. doi: 10.48022/mbl.2410.10002.
21. Draft genome sequence of Arthrobacter oryzae TNBS02, a bacterium containing heavy metal resistance genes, isolated from soil of Antarctica / Y. J. Cho, A. Cho, S. G. Hong, et al. // Microbiology Resource Announcements. 2019. Vol. 8. No. 4. P. e01501-18. URL: https://journals.asm.org/doi/10.1128/mra.01501-18 (дата обращения: 28.02.2025) doi: 10.1128/mra.01501-18.
22. Arthrobacter oryzae sp. nov. and Arthrobacter humicola sp. nov. / A. Kageyama, K. Morisaki, S. Omura, et al. // International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 2008. Vol. 58. №. 1. P. 53–56. doi: 10.1099/ijs.0.64875-0.
1. Badri DV, Quintana N, El. Kassis EG. An ABC transporter mutation alters root exudation of phytochemicals that provoke an overhaul of natural soil microbiota. Plant physiology. 2009; Vol.151. No.4. 2006-2017 p. doi: 10.1104/pp.109.147462.
2. Latz MAC, Jensen B, Collinge DB. Endophytic fungi as biocontrol agents: elucidating mechanisms in disease suppression. Plant Ecology & Diversity. 2018; Vol.11. No.5-6. 555-567 p. doi: 10.1080/17550874.2018.1534146.
3. Kuznetsov VV, Doroshenko AS, Kudryakova NV. [The role of phytohormones and light in the process of deetiolation]. Fiziologiya rasteniy. 2020; Vol.67. 6. 563-577 p. doi: 10.31857/S001533032006010X
4. Patel K, Goswami D, Dhandhukia P. Techniques to study microbial phytohormones. [Internet]. Bacterial metabolites in sustainable agroecosystem. 2015; 1-27 p. [cited 2025, February 28]. Available from: https://link.springer.com/chapter/10.1007/978-3-319-24654-3_1. doi: 10.1007/978-3-319-24654-3_1.
5. Pryanikov ID, Sorokin DS. [Hormonal regulation as a mechanism for coordinating metabolism in plants. Young pharmacy - potential of the future]. Sbornik materialov konferentsii. Saint-Petersburg: Sankt-Peterburgskiy gosudarstvennyy khimiko-farmatsevticheskiy universitet. 2023; 863-868 p.
6. Hassan MK, McInroy JA, Kloepper JW. The interactions of rhizodeposits with plant growth-promoting rhizobacteria in the rhizosphere: a review. [Internet]. Agriculture. 2019; Vol.9. No.7. 1-13 p. [cited 2025, February 28]. Available from: https://www.mdpi.com/2077-0472/9/7/142. doi: 10.3390/agriculture9070142.
7. Glick BR. Beneficial plant-bacterial interactions: Monography. Heidelberg: Springer. 2015; Vol.243. 383 p. doi: 10.1007/978-3-319-13921-0.
8. Oteino N, Lally RD, Kiwanuka S. Plant growth promotion induced by phosphate solubilizing endophytic Pseudomonas isolates. [Internet]. Frontiers in microbiology. 2015; Vol.6. Art. 745. [cited 2025, February 22]. Available from: https://www.frontiersin.org/journals/microbiology/articles/10.3389/fmicb.2015.00745/full. doi: 10.3389/fmicb.2015.00745.
9. Gromova OA, Maksimov AYu. [Characteristics of bacteria - producers of hydrolytic enzymes, promising as plant growth stimulants. Fundamental and applied research in biology and ecology]. Sbornik statey po materialam regionalnoy nauchnoy konferentsii. Perm: Permskiy gosudarstvennyy natsionalnyy issledovatelskiy universitet. 2024; 98-100 p.
10. Abashina TN, Zvonarev AN, Shorokhova AP. [New gram-positive bacterium of the genus Exiguobacterium sp. S4/2 – an effective multifunctional plant growth stimulator]. Aktualnaya biotekhnologiya. 2022; 1. 11-14 p.
11. Bhutani N, Maheshwari R, Negi M. Optimization of IAA production by endophytic Bacillus spp. from Vigna radiata for their potential use as plant growth promoters. Israel journal of plant sciences. 2018; Vol.65. 1-2. 83-96 p. doi: 10.1163/22238980-00001025.
12. Borde-Pavlicz A, Zhumakayev AR, Allaga H. Characterisation of the endophytic and rhizospheric Bacillus licheniformis strains isolated from sweet potato with plant growth-promoting and yield enhancing potential. [Internet]. Advances in Agriculture. 2024; Vol.2024. 4073275 p. [cited 2025, February 28]. Available from: https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1155/2024/4073275. doi: 10.1155/2024/4073275.
13. Gautam A. Phenol-chloroform DNA isolation method. DNA and RNA isolation techniques for non-experts. Cham: Springer International Publishing. 2022; 33-39 p. doi: 10.1007/978-3-030-94230-4.
14. Saparmyradov KA, Bolormaa C, Nabiullovich IA. Metabolic profiling of streptomyces strains from different types of Tatarstan soils using GEN III omnilog system. Research Journal of Pharmaceutical, Biological and Chemical Sciences. 2015; Vol.6. 4. 148-154 p.
15. Islamov BR, Shulga EYu. [Obtaining promising strains from wild plants for use in agriculture]. Vestnik Kazanskogo GAU. 2024; 4 (76). 41-48 p. doi: 10.12737/2073-0462-2024-41-48.
16. Afordoani DM, Validov ShZ, Shulga EYu. [Consortium of microorganisms for stimulating plant growth and protecting against phytopathogenic fungi and a method for increasing plant productivity]. Patent № 2822893 C1. Declared: 28.12.2023; published: 15.07.2024. Applicant: Federal Research Center "Kazan Scientific Center of the Russian Academy of Sciences".
17. Kamble KD, Galerao DK. Indole acetic acid production from Pseudomonas species isolated from rhizosphere of garden plants in Amravati. International journal of advances in pharmacy, biology and chemistry. 2015; Vol.4. 1. 23-31 p.
18. Ibrahim E, Nasser R, Ogunyemi SO. Biocontrol efficacy of endophyte Pseudomonas poae to alleviate Fusarium seedling blight by refining the morpho-physiological attributes of wheat. [Internet]. Plants. 2023; Vol.12. No.12. Art. 2277. [cited 2025, February 28]. Available from: https://www.mdpi.com/2223-7747/12/12/2277. doi: 10.3390/plants12122277.
19. Jimenez-Gomez A, Saati-Santamaria Z, Kostovcik M. Selection of the root endophyte Pseudomonas brassicacearum CDVBN10 as plant growth promoter for Brassica napus L. crops. [Internet]. Agronomy. 2020; Vol.10. No.11. Art.1788. [cited 2025, February 28]. Available from: https://www.mdpi.com/2073-4395/10/11/1788. doi: 10.3390/agronomy10111788.
20. Hwang S, Joo S, Lee Y. Application of Arthrobacter sp. YM27 for promoting germination and early growth of panicum in heavy metal-contaminated soil. Microbiology and biotechnology letters. 2024; Vol.52. 4. 383-396 p. doi: 10.48022/mbl.2410.10002.
21. Cho YJ, Cho A, Hong SG. Draft genome sequence of Arthrobacter oryzae TNBS02, a bacterium containing heavy metal resistance genes, isolated from soil of Antarctica. [Internet]. Microbiology Resource Announcements. 2019; Vol.8. No.4. e01501-18 p. [cited 2025, February 28]. Available from: https://journals.asm.org/doi/10.1128/mra.01501-18. doi: 10.1128/mra.01501-18.
22. Kageyama A, Morisaki K, Omura S. Arthrobacter oryzae sp. nov. and Arthrobacter humicola sp. nov. International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology. 2008; Vol.58. 1. 53-56 p. doi: 10.1099/ijs.0.64875-0.
Опубликован
Как цитировать
Выпуск
Раздел
Категории
Лицензия
Copyright (c) 2026 ВЕСТНИК Казанского государственного аграрного университета
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
Метаданные научных статей, включая название, аннотацию, сведения об авторах, список литературы, идентификаторы и иные элементы библиографического описания для дальнейшего неограниченного использования, передаются в редакцию с правом их неограниченного использования на условиях открытой лицензии Creative Commons Attribution (CC BY).
