PAENIBACILLUS POLYMYXA КВ — ПРОДУЦЕНТ БІОЛОГІЧНО АКТИВНИХ РЕЧОВИН

  • Л.М. Токмакова Інститут сільськогосподарської мікробіології та агропромислового виробництва НААН
  • Л.А. Шевченко Інститут сільськогосподарської мікробіології та агропромислового виробництва НААН
  • А.О. Трепач Інститут сільськогосподарської мікробіології та агропромислового виробництва НААН
Ключові слова: Paenibacillus polymyxa, амінокислоти, антифунгальна активність бактерій, вітаміни, екзополісахариди, ферменти, фітогормони

Анотація

Мета. Дослідити здатність бактерії Paenibacillus polymyxa КВ продукувати біологічно активні речовини, які стимулюють ріст і розвиток рослин. Методи. Якісне й кількісне визначення ауксинів, абсцизової кислоти (АБК) та цитокінінів у культуральній рідині (КР) P. polymyxa КВ проводили методом високоефективної рідинної хроматографії (HPLC) з використанням рідинного хроматографа Agilent 1200, гіберелінів — методом високоефективної рідинної хроматографії (HPLC/MS) з використанням рідинного хроматографа Agilent 1200 (Agilent Technologies, США) та мас-спектрального детектора Agilent G1956B. Уміст вітамінів у КР P. polymyxa КВ визначали за використання рідинного хроматографа Waters з мас-селективним детектором tqs-micro. Вміст амінокислот у КР досліджували методом іоннообмінної хроматографії на амінокислотному аналізаторі Sycam. Здатність P. polymyxa КВ синтезувати екзополісахариди та ферменти визначали за використання класичних мікробіологічних та біохімічних методів досліджень. Антифунгальні властивості бактерії досліджували методом зустрічних культур. Статистичні розрахунки здійснювали за використання методів дисперсійного аналізу. Результати. P. polymyxa КВ синтезує фітогормональні сполуки: ауксини — до 81,15 мкг/г сухої біомаси; абсцизову кислоту — до 9,84 мкг/г; гіберелові кислоти (ГК3 — в межах 2,48 мкг/г та ГК4 — 1,96 мкг/г сухої біомаси); цитокініни (зеатин — до 16,42 мкг/г, ізопентеніл-аденін — до 9,03 мкг/г сухої біомаси), а також вітаміни: тіамін (В1) — у межах 0,93 мг/дм3 КР, рибофлавін (В2) — 0,48 мг/дм3, піридоксин (В6) — 0,27 мг/дм3, фолієву кислоту (В9) — 0,18 мг/дм3 КР. P. polymyxa КВ виявляє фосфатазну, амілолітичну, протеолітичну, пектолітичну активність, продукує амінокислоти: гістидин — у межах 300,4 мг/дм3, аланін — 236,3 мг/дм3, пролін — 164,2 мг/дм3, валін — 157,8 мг/дм3, ізолейцин — 148,4 мг/дм3, треонін — 126,2 мг/дм3, цистин — 124,0 мг/дм3 КР та інші. Бактерія синтезує екзополісахариди амілопектин та леван. P. polymyxa КВ виявляє антагоністичну активність до фітопатогенних мікроміцетів з родів Fusarium, Alternaria, Nigrospora — збудників хвороб сільськогосподарських культур. Висновки. P. polymyxa КВ синтезує значну кількість фізіологічно активних речовин, які можуть відігравати важливу роль у процесах органогенезу рослин.

Завантаження

Дані завантаження ще не доступні.

Посилання

1. Kurdish, I. K. (2001). Granulirovannye mikrobnye preparaty dlya rastenievodstva: nauka i praktika [Granular microbial preparations for crop production: science and practice]. K.: KVІC [in Russian].
2. Iutinskaya, G. A., Ponomarenko, S. P. (Eds.). (2010). Bioregulyaciya mikrobno-rastitel’nyh sistem [Bioregulation of microbial-plant systems]. Kiev: Nichlava [in Russian].
3. Russo, A., Carrozza, G. P., & Vettori, L. (2012). Plant Beneficial Microbes and Their Application in Plant Biotechnology. In Eddy C. Agbo (Ed.) Innovations in Biotechnology (pp. 57–72).
4. Volkohon, V. V. (Ed.) (2015). Mikrobni preparaty v suchasnykh ahrarnykh tekhnolohiiakh [Microbial preparations in modern agricultural technologies]. Kyiv [in Ukrainian].
5. Grobelak, A., Napora, A., Kacprzak, M. (2015). Using plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR) to improve plant growth. Ecological Engineering, 84, 22–28.
6. Vessey, J. K. (2003) Plant growth promoting rhizobacteria as bioferilizers. Plant and Soil, 225, 571–586. https://doi.org/10.1023/A:1026037216893
7. Kurdysh, I. K. (2010). Introduktsiia mikroorhanizmiv u ahroekosystemy [Introduction of microorganisms into agroecosystems]. Kyiv: Naukova dumka [in Ukrainian].
8. Puri, A., Padda, K. P., & Chanway, C. P. (2016). Evidence of nitrogen fixation and growth promotion in canola (Brassica napus L.) by an endophytic diazotroph Paenibacillus polymyxa P2b-2R. Biol Fertil Soils, 52, 119–125. https://doi.org/ 10.1007/s00374-015-1051-y
9. Olanrewaju, O. S., Glick, B. R., & Babalola, O. O. (2017). Mechanisms of action of plant growth promoting bacteria. World Journal of Microbiology and Biotechnology, 33(11), 197–204. https:// doi.org/10.1007/s11274-017-2364-9
10. Morgun, V. V., Koc’, S. Ya., & Kirichenko, E. V. (2009). Roststimuliruyushchie rizobakterii i ih prakticheskoe primenenie [Growth-stimulating rhizobacteria and their practical application]. Fiziologiya i biohimiya kul’turnyh rastenij — Physiology and biochemistry of cultivated plants, 41(3), 187– 206 [in Russian].
11. Hrabova, H. Yu., Drahovoz, I. V., Leonova, N. O., Ostapchuk, A. M., & Avdieieva, L. V. (2017). Ekzometabolity shtamu Bacillus amyloliquefaciens subsp. plantarum IMV V-7524 z riststymuliuvalnoiu aktyvnistiu [Exometabolites of Bacillus amyloliquefaciens subsp. plantarum IMV B- 7524 with growth-stimulating activity]. Mikrobiolohichnyi zhurnal — Journal of Microbiology, 79(2), 67–77 [in Ukrainian].
12. Khan, A., Jilani, G., Akhtar, M. S., Saqlan, M. S., & Rasheed, М. (2009). Phosphorus Solubilizing Bacteria: Occurrence, Mechanisms and their Rolein Crop Production. J. Agric. Biol. Sci., 1(1), 48–58.
13. Drahovoz, I. V., Leonova, N. O., Biliavska, L. O., Yavorska, V. K., & Iutynska, H. O. (2010). Produkuvannia fitohormoniv deiakymy vilnoisnuiuchymy ta symbiotychnymy hruntovymy mikroorhanizmamy [Production of phytohormones by some free-living and symbiotic soil microorganisms]. Dopovidi Natsionalnoi akademii nauk Ukrainy — Reports of the National Academy of Sciences of Ukraine, 12, 154–159 [in Ukrainian].
14. Tokmakova, L. N. (1997). Shtammy Bacillus polymyxa i Achromobacter album — osnova dlya sozdaniya bakterial’nyh preparatov [Strains of Bacillus polymyxa and Achromobacter album — the basis for the creation of bacterial preparations]. Mikrobiol. Zhurnal — Journal of Microbiology, 59(4), 131–138 [in Russian].
15. Kozar, S. F. (2018). Produkuvannia fitohormoniv Bradyrhizobium japonicum i Azospirillum brasilense za yikh cumisnoho kultyvuvannia [Production of phytohormones by Bradyrhizobium japonicum and Azospirillum brasilense during their co-cultivation]. Silskohospodarska mikrobiolohiia — Agricultural Microbiology, 28, 33–40. https://doi.org/ 10.35868/1997-3004.28.33-40 [in Ukrainian].
16. Radchenko, O. S. (2011). Fizioloho-biokhimichni vlastyvosti mikroorhanizmiv ta metody yikh vyznachennia [Physiological and biochemical properties of microorganisms and methods of their determination] [in Ukrainian].
17. Volkohon, V. V. (Ed.). (2010). Eksperymentalna gruntova mikrobiolohiia [Experimental soil microbiology]. Kyiv : Ahrar. Nauka [in Ukrainian].
18. Egorov, N. S. (Ed.). (1983). Rukovodstvo k prakticheskim zanyatiyam po mikrobiologii. Prakt. posobie [Guide to practical exercises in microbiology. Practical guide]. Moskva: Izd-vo Mosk. un-ta [in Russian].
19. Avdeeva, L. V., Osadchaya, A. I., Safronova, L. A., Ilyash, V. M., & Harhota, M. A. (2010). Pektoliticheskaya aktivnost’ bakterij roda Bacillus [Pectolytic activity of bacteria of the genus Bacillus]. Mіkrobіologіya і bіotekhnologіya — Microbiology and biotechnology, 3, 71–78 [in Russian].
20. Egorov, N. S. (1957). Vydelenie mikrobov antagonistov i biologicheskie metody ucheta ih antibioticheskoj aktivnosti [Isolation of antagonist microbes and biological methods for accounting for their antibiotic activity]. Moskva: Izd-vo MGU [in Russian].
21. Song, J., Soytong, K., & Kanokmedhakul, S. (2016). Antifungal аctivity of Chaetomium elatum against Pyricularia oryzae Causing Rice Blast. International Journal of Agricultural Technology, 12 (7.1), 1437–1447.
22. Davies, P. J. (1987). Plant Hormones and Their Role in Plant Growth and Development. Netherlands: Kluwer Academic Publishers. http:// dx.doi.org/10.1007/978-94-009-3585-3
23. Nickell, L. G. (1982). Plant Growth Regulators: Agriculture Uses. New York : Springer Verlag.
24. Frankenberger, Jr. W. T., Arshad, M. (1995). Phytohormones in Soil: Microbial Production and Function. New York : Marcel Dekker Inc.
25. Zhou, L., Zhang, T., Tang, S., Fu, X., & Yu, S. (2020). Pan-genome analysis of Paenibacillus polymyxa strains reveals the mechanism of plant growth promotion and biocontrol. Antonie Van Leeuwenhoe, 113, 1539–1558. https://doi.org/ 10.1007/s10482-020-01461-y
26. Musiienko, M. M. (2005). Fiziolohiia roslyn [Physiology of plants]. Kyiv : Lybid [in Ukrainian].
27. Volkohon, V. V. (Ed.) (2006). Mikrobni preparaty u zemlerobstvi. Teoriia i praktyka [Microbial preparations in agriculture. Theory and practice. Kyiv: Ahrarna nauka [in Ukrainian].
28. Shevchenko, L. A. (2017). Rozvytok korenevoi systemy roslyn kukurudzy za vplyvu Polimiksobakterynu — stymuliatora rostu roslyn [Development of the root system of corn plants under the influence of Polymyxobacterin, a plant growth stimulator]. Silskohospodarska mikrobiolohiia — Agricultural Microbiology, 26, 42–48. https://doi.org/ 10.35868/1997-3004.26.42-48 [in Ukrainian].
29. Zou, C., Li, Z., & Yu, D. (2010). Bacillus megaterium XTBG34 promotes plant growth by producing 2-pentylfuran. Journal of Microbiology, 48, 460–466. https://doi.org/10.1007/s12275-010- 0068-z
30. Belimov, A. A., Dodd, I. C., Safronova, V. I., Dumova, V. A., Shaposhnikov, A. I., Ladatko, A. G., & Davies, W. J. (2014). Abscisic acid metabolizing rhizobacteria decrease ABA concentrations in planta and alter plant growth. Plant Physiology and Biochemistry, 74, 84–91. https://doi.org/10.1016/j.plaphy .2013.10.032
31. Cohen, A. C., Travaglia, C. N., Bottini, R., & Piccoli, P. N. (2009). Participation of abscisic acid and gibberellins produced by endophytic Azospirillum in the alleviation of drought effects inmaize. Botany, 87, 455–462. https://doi.org/10.1139/ B09-023
32. Mauch-Mani, B., Mauch, F. (2005). The role of abscisic acid in plant-pathogen interactions. Current Opinionin Plant Biology, 8, 409–414. https://doi.org/10.1016/j.pbi.2005.05.015
33. Farag, M. A., Zhang, H., & Ryu, C. M. (2013). Dynamic chemical communication between plants and bacteria through airborne signals: induced resistance by bacterial volatiles. J. Chem. Ecol., 39, 1007–1018. https://doi.org/10.1007/s10886-013- 0317-9
34. Ferguson, B. J., Mathesius, U. (2003). Signaling interactions during nodule developmental. Journal of Plant Growth Regulation, 22 (1), 47–72. https://doi.org/10.1007/s10886-014-0472-7
35. Arkhipova, Т., Veselov, S., Melentiev, А., Martynenko, E. V., & Kudoyarova, G. R. (2005) Ability of bacterium Bacillus subtilis to produce cytokinins and to influence the growth and endogenous hormone content of lettuce plants. Plant Soil, 272, 201–209. https://doi.org/10.1007/s11104-004-5047-x
36. Timmusk, S., Nicander, B., Granhall, U., & Tillberg, E. (1999). Cytokinin production by Paenibacillus polymyxa. Soil Biol Biochem, 31, 1847– 1852. https://doi.org/10.1016/S0038-0717(99)00113-3
37. Nurmikko, V., Soini, J., & Aaerimaa, O. (1965). Formation of folate enzymes during the active growth phases of Streptococcus thermophilus and Lactobacillus arabinosus. Acta Chem. Scand., 19, 129–134.
38. Baya, A. M., Boethling, R. S., & RamosCormenzana, A. (1981). Vitamin production in relation to phosphate solibilisation by soil bacteria. Soil Biol. And Biochem, 13(6), 527–531.
39. Prist, F. (1987). Vnekletochnye fermenty mikroorganizmov [Extracellular enzymes of microorganisms]. Moskva: Mir [in Russian].
40. Avdieieva, L. V., Osadcha, A. I., Safronova, L. A., Iliash, V. M., & Kharkhota, M. A. (2010). Vplyv pH pozhyvnoho seredovyshcha na biosyntez hidrolitychnykh fermentiv u batsyl [The effect of the pH of the nutrient medium on the biosynthesis of hydrolytic enzymes in bacilli]. Mikrobiolohichnyi zhurnal — Microbiological Journal, 72(5), 3–7 [in Ukrainian].
41. Smirnov, V. V., Reznik, S. R., & Vasilevskaya, I. A. (1982). Sporoobrazuyushchie aerobnye bakterii — producenty biologicheski aktivnyh veshchestv [Spore-forming aerobic bacteria — producers of biologically active substances]. Kiev: Naukova dumka [in Russian].
42. Matseliukh, O. V., Levishko, A. S., & Varbanets, L. D. (2010). Proteolitychni fermenty mikroorhanizmiv [Proteolytic enzymes of microorganisms]. Mikrobiolohichnyi zhurnal — Microbiological Journal, 72(4), 56–73 [in Ukrainian].
43. Gottshalk, G. (1982). Metabolizm bakterij [Metabolism of bacteria]. Moskva: Mir [in Russian].
44. Alvarez, V. M., Weid, I., Seldin, L., & Santos, A. L. S. (2006). Influence of growth conditions on the production of extracellular proteolytic enzymes in Paenibacillus peoriae NRRL BD-62 and Paenibacillus polymyxa SCE2. Letters of Applied Microbiology, 43(6), 625–630. https://doi.org/ 10.1111/j.1472-765X.2006.02015.x
45. Gupta, R., Gigras, P., Mohapatra, H., & Goswani, V. K. (2003). Microbial α-amylases: A biotechnological perspective. Process Biochemistry, 38, 1599–1616. https://doi.org/10.1016/s0032-9592(03) 00053-0
46. Greaves, M. P., Anderson, G., & Webley, D. M. (1967). The hidrolisis of inositol phosphates by Aerobacter aerogenes. Biochimica Biophisica Acta, 132, 412–418. https://dx.doi.org/ 10.1016/0005-2744(67)90160-X
47. Haziev, F. H. (1976). Fermetativnaya aktivnost’ pochv [Enzymatic activity of soils]. Moskva : Nauka [in Russian].
48. Priya, V., Sashi, V. (2014). Pectinase enzyme producing Microorganisms. International Journal of Scientific and Research Publications, 4(3), 1–4.
49. Roy, K., Dey, S., Uddin, M. K., Barua, R., & Hossain, M. T. (2018). Extracellular Pectinase from a Novel Bacterium Chryseobacterium indologenes Strain SD and Its Application in Fruit Juice Clarification. Enzyme research, 21, 1–12. https:// doi.org/10.1155/2018/3859752
50. Bharathi, R., Vivekananthan, R., & Harish, S. (2004). (2006). Rhizobacteria-based bio-formulations for the management of fruit rot infection in chillies. Crop Protection, 23, 835–843. https://doi.org/ 10.1016/j.cropro.2004.01.007
51. Gholami, A., Shahsavani, S., & Nezarat, S. (2009). The effect of plant growth promoting rhizobacteria (PGPR) on germination, seedling growth and yield of maize. World Academy of Science, Engineering and Technology, 49, 19–24.
52. Pirog, T. P., Slabospickaya, A. T., Vocelko, S. K., Mohammed, el’ Sajd, Afonskaya, C. B., & Grinberg, T. A. (1985). Obrazovanie i fiziko-himicheskie harakteristiki ekzopolisaharidov nekotoryh bakterij roda Bacillus [Formation and physicochemical characteristics of exopolysaccharides of some bacteria of the genus Bacillus]. Mikrobiologicheskiy zhurnal — Microbiological Journal, 47(6), 27–32 [in Russian].
53. Haggag, W. M. (2007). Colonization of exopolysaccharide-producing Paenibacillus polymyxa on peanut roots for enhancing resistance against crown rot disease. Afr. J. Biotechnol, 6(13), 1568–1577.
54. Semenova, E. V., Grechushkina, N. N. (1986). Vnekletochnye polisaharidy mikroorganizmov, usloviya ih biosinteza i fiziologicheskaya rol’. Ekologicheskaya rol’ mikrobnyh metabolitov [Extracellular polysaccharides of microorganisms, conditions of their biosynthesis and physiological role. Ecological role of microbial metabolites]. Moskva: Izd-vo Mosk. un-ta [in Russian].
55. Whitfield, C. (1988). Bacterial extracellular polysaccharides. Canadian Journal of Microbiology, 34(4), 415–420. https://doi.org/10.1139/m88-073
56. Pirog, T. P. (1999). Rol’ ekzopolisaharidov Acinetobacter sp., sinteziruemyh v razlichnyh usloviyah kul’tivirovaniya, v zashchite kletok producenta ot dejstviya Ba2+ i Zn2+ [The role of Acinetobacter sp. exopolysaccharides synthesized under various cultivation conditions in protecting producer cells from the action of Ba2+ and Zn2+]. Mikrobiol. Zhurn. — Journal of Microbiology, 61(5), 64–71 [in Russian].
57. Claus, D., Wittmann, H., & Ripell-Baldes, A. (1958). Untersuchungen über die Zusammensetzung von Bakterienschleimen und deren Lö- sungsvermögen gegenüber schwerlöslichen und anorganischen Verbindungen. Archives of Mikrobiology, 29, 2, 169–178.
58. Malinovskaya, I. M., Patika, V. F. (2006). Mekhanizm destrukcii mineralov Bacillus mucilaginosus [Mineral degradation mechanism of Bacillus mucilaginosus]. Agroekologіchnij zhurnal — Agroecological journal, 1, 29–36 [in Russian].
59. Tserkovniak, L. S., Roi, A. A., & Kurdysh, I. K. (2009). Syntez aminokyslot Bacillus subtilis IMV В-7023 v seredovyshchi z hlitserofosfatom [Amino acid synthesis of Bacillus subtilis IMV B-7023 in a medium with glycerophosphate]. Mikrobiolohichnyi zhurnal — Microbiological Journal, 71(5), 18–23 [in Ukrainian].
60. Volodymyrets, V. V. (2006). Biokhimiia roslyn: Interaktyvnyi kompleks navchalno-metodychnoho zabezpechennia [Biochemistry of plants: Interactive complex of educational and methodological support]. Rivne: NUVHP [in Ukrainian].
61. Kretovich, V. L. (1971). Osnovy biohimii rastenij [Fundamentals of plant biochemistry]. Moskva: Vysshaya shkola [in Russian].
62. Beatty, P. H., Jensen, S. E. (2002). Paenibacillus polymyxa produces fusaricidin-type antifungal antibiotics active against Leptosphaeria maculans, the causative agent of blackleg disease of canola. Can. J. Microbiol, 48, 159–169. PMID 11958569
63. He, Z. G., Kisla, D., Zhang, L. W., Yuan, C., Green-Church, K. B., & Yousef, A. E. (2007). Isolation and identification of a Paenibacillus polymyxa strain that coproduces a novell antibiotic and polymyxin. Applied and Environment al Microbiology, 73, 168–178. https://doi.org/10.1128/AEM.02023-06
64. Xu, S. J., Hong, S. J., Choi, W., & Kim, B. S. (2014). Antifungal activity of Paenibacillus kribbensis strain T-9 isolated from soils against several plant pathogenic fungi. Plant Pathology. J., 30(1), 102– 108. https://doi.org/10.5423/PPJ.OA.05.2013.0052

Переглядів анотації: 38
Завантажень PDF: 28
Опубліковано
2022-06-05
Як цитувати
Токмакова, Л., Шевченко, Л., & Трепач, А. (2022). PAENIBACILLUS POLYMYXA КВ — ПРОДУЦЕНТ БІОЛОГІЧНО АКТИВНИХ РЕЧОВИН. Сільськогосподарська мікробіологія, 35, 42-57. https://doi.org/10.35868/1997-3004.35.42-57

Статті цього автора (авторів), які найбільше читають

1 2 > >>