جداسازی و تعیین خصوصیات باکتری‌های محرک رشد گیاه از ریزوسفر تلخ‌بیان (Sophora alopecuroides)

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانش ‌آموخته کارشناسی ارشد گروه گیاهپزشکی، دانشگاه شهرکرد

2 استادیار گروه گیاهپزشکی، دانشگاه شهرکرد

10.22092/sbj.2019.125382.159

چکیده

باکتری‌های رایزوسفری افزایش‌دهنده‌ی رشد گیاه (PGPR) دسته‌ای از باکتری‌ها هستند که با تحریک رشد، سرکوب بیمارگرهای گیاهی و القا مقاومت به بیمارگرها باعث بهبود رشد می‌شوند. تحقیق حاضر به منظور جداسازی باکتری‌های ریزوسفری گیاه تلخ‌بیان و بررسی صفات محرک رشدی آنها انجام شد. پنجاه‌و‌دو جدایه باکتری از ریزوسفر این گیاه جدا و ویژگی‌های فنوتیپی و ریخت‌شناسی آنها بررسی شد. سپس صفات محرک رشدی هر جدایه شامل حل‌کنندگی فسفات معدنی، تولید آمونیاک، تولید ایندول استیک اسید، تولید پروتئاز، تولید لیپاز و تولید HCN در شرایط آزمایشگاهی بررسی شد. توانایی حل فسفات جدایه‌ها با استفاده از دو محیط PVK (پیکوفسکایا) و NBRIPبررسی شدکه در این دو محیط به ترتیب 44 و 18 جدایه توانایی حل‌ فسفات نشان دادند. مقدار ایندول‌استیک‌اسید تولید شده توسط جدایه‌ها از 12/0 تا 37 میکروگرم در میلی‌لیتر متغیر بود. 83% از جدایه‌ها توانایی تولید آمونیاک، 87% توانایی تولید پروتئاز، 87% توانایی تولید لیپاز و 65% توانایی تولید HCN داشتند. بر اساس نتایج، سه جدایه (‌20، 37 و 48) که در هرسه آزمون انحلال فسفات معدنی، تولید آمونیاک و تولید ایندول استیک اسید واکنش مثبت نشان دادند؛ به‌عنوان گزینه‌های دارای پتانسیل استفاده به‌صورت کود زیستی و دو جدایه (13 و 43) که در هر سه آزمون تولید پروتئاز، لیپاز و HCN واکنش مثبت قوی نشان دادند؛ به‌عنوان جدایه‌‌های دارای پتانسیل کاربرد به‌عنوان عوامل کنترل زیستی معرفی شدند. ترادف 16S rDNA در سه جدایه دارای توانایی تحریک رشد گیاه تعیین و با آنالیز BLAST با ترادف‌های موجود در بانک ژن مقایسه شد. بر مبنای ویژگی‌های ریخت‌شناسی و بیوشیمیایی و نیز ترادف 16S rDNA نتیجه‌گیری شد که تعدادی از جدایه‌های محرک رشد گیاه جدا شده در این بررسی، به جنس‌های Arthrobacter، Acinetobacter،  Bacillusو Pseudomonas تعلق دارند. نتایج تحقیق حاضر بیانگر حضور قابل توجه جمعیت باکتری‌های افزایش دهنده رشد گیاه در ریزوسفر گیاه تلخ‌بیان است.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Isolation and characterization of plant growth promoting bacteria from rhizosphere of Sophora alopecuroides

نویسندگان [English]

  • Parisa Eftekhari zadeh 1
  • fatemeh Yousefi kopaei 2
1 Graduated MSc student, Faculty of Agriculture, Shahrekord University
2 Associate professor, Dept. Plant Protection, Faculty of Agriculture, Shahrekord University
چکیده [English]

Plant growth promoting rhizobacteria (PGPRs) are a group of bacteria that enhance plant growth through direct and indirect effects. Isolation of PGPRs from Sophora alopecuroides rhizosphere and assessment of their plant growth promoting traits was the main aim of this study. Fifty two bacterial isolates were isolated from Sophora alopecuroides rhizosphere and their phenotypic and morphological characteristics were studied. Phosphate solubilization and production of ammonia, indole acetic acid, protease, lipase and HCN were evaluated in vitro.Phosphate solubilizing ability was assayed using PVK and NBRIP media. The results showed that the number of isolates with phosphate solubilization ability was 44 and 18 in those two media, respectively. The range of indole acetic acid production in isolates was 0.12 to 37 μg ml-1. The percentage of isolates which were capable to produce ammonia, protease, lipase and HCN were 83%, 87%, 87% and 65%, respectively. According to the results, three isolates (named as 20, 37 and 48) which showed positivereaction in phosphate solubilization, production of ammonia and indole acetic acid production tests, were introduced as the strains having capacity for using as biofertilizers. Two isolates (named as 13 and 43) with strong positive reaction in the tests of protease, lipase and HCN production; were regarded as potential candidates for using as biocontrol agents.The partial sequence of 16S rRNA gene of selected isolates was determined and the derived sequences were compared against the GenBank database using NCBI, BLASTN. Based on morphological and biochemical characters and also 16S rDNA sequence, some of isolates were belonged to genera of Bacillus, Pseudomonas, Acinetobacter and Arthrobacter. The result of this study indicated that the proportion of PGPRs in rhizosphere of Sophora alopecuroides is high.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Biofertilizer
  • HCN production
  • Insoluble phosphate solubilization
  • Plant growth promoting rhizobacteria (PGPR)
  1. راثی‌پور، ل. و علی‌اصغرزاده، ن. 1386. اثرات متقابل باکتری‌های حل‌کننده فسفات (Bradyrhizobium japanicum ) بر شاخص‌های رشد، غده‌بندی و جذب برخی عناصر غذایی در سویا. نشریه علوم آب و خاک. جلد 11(40): 64-53
  2. ساریخانی، م.ر.، ملبوبی، م.ع.، ابراهیمی، م.1393 . باکتری‌های حل کننده فسفات: جداسازی باکتری‌ها و ژن‌های رمزکننده حل‌کنندگی فسفات، مکانیسم و ژنتیک انحلال فسفات. مجله بیوتکنولوژی کشاورزی. جلد 6: 110- 77.
  3. صفری، ه.، حسام‌زاده حجازی، م.، جلیلیان، ن. و ضیائی نسب، م. .1387 بررسی تنوع کاریوتیپی در سه گونه از جنس تلخ‌بیان (Sophora sp.). دو فصلنامه علمی-پژوهشی تحقیقات ژنتیک و اصلاح گیاهان مرتعی و جنگلی ایران. جلد 16: 36-27
  4. عباس‌زاده دهجی. پ.، اسدی‌رحمانی، ه.، صالح‌راستین، ن.، خاوازی، ک. و اشرف‌سلطانی، ع. 1387 ارزیابی توان تولید اکسین توسط سودوموناس های فلورسنت و اثرات آنها در رشد گیاهچه های کلزا (Brassica napus L.). مجله پژوهشهای خاک(علوم خاک و آب). جلد22 (2): 215-203
  5. یساری، ا. 1392. بررسی اثرات باکتری‌های حل‌کننده فسفات به‌عنوان کودهای بیولوژیک و فسفر معدنی بر رشد و عملکرد سویا (Glycin max) رقم تلار در شمال ایران. نشریه تحقیقات کاربردی اکوفیزولوژی گیاهان. قابل دریافت از : http://arpe.gonbad.ac.ir/article-1-25-fa.pdf
  6. Agbodjato, N.A., Noumavo, P.A., Baba-Moussa, F., Salami, H.A., Sina, H., Sèzan, A., Bankolé, H., Adjanohoun, A. and Baba-Moussa, L. 2015. Characterization of potential plant growth promoting rhizobacteria isolated from maize (Zea mays L.) in Central and Northern Benin (West Africa). Applied and Environmental Soil Science. [online] available at: http://dx.doi.org/10.1155/2015/901656
  7. Ahmad, F., Ahmad, I. and Khan, M.S. 2008. Screening of free-living rhizospheric bacteria for their multiple plant growth promoting activities. Microbiological Research 163: 173-181.
  8. Banerjee, S., Palit, R., Sengupta, CH. and Standing, D. 2010. Stress induced phosphate solubilization by Arthrobacter sp. and Bacillus sp. isolated from tomato rhizosphere. Australian Journal of Crop Science 4:378-383.
  9. Bent, E.G., Tuzun, S., Chanway, C.P. and Enebak, S. 2001. Alterations in plant growth and in root hormone levels of lodgepole pines inoculated with rhizobacteria. Canadian Journal of Microbiology 47(9): 793-800.
  10. Brempong, S.A. and Aferi, N.K. 2014. Isolation of phosphate solubilizing bacteria from tropical. Global Advanced Research Journal of Agricultural Science 3: 8- 15.
  11. Bruno, T.J. and Svoronos, P.T. 2010. Preparation of Special Analytical Reagents. P.1-4 (section 8). In: Hynes, W.M. (ed.) CRC Handbook of Chemistry and Physics. 91st ed. CRC Taylor Francis, Boca Raton, FL (Available at: https://sites.chem.colostate. edu/diverdi/all_courses/CRC%20reference%20data/special%20analytical%20reagents.pdf)
  12. Cassan, F., Perrig, D., Sgroy, V., Masciarelli, O., Penna, C. and Luna, V. 2009. Azospirillumbrasilense Az39 and Bradyrhizobium japonicum E109 inoculated singly or in combination, promote seed germination and early seedling growth in corn (Zea mays L.) and soybean (Glycine max L.). European Journal of Soil Biology 45: 28- 35.
  13. Castric, P.A. 1977. Glycine Metabolism by Pseudomonas aeruginosa: Hydrogen Cyanide Biosynthesis. Journal of Bacteriology 130: 826-831.
  14. Chakraborty, A., Mala, R.H., Rajgopal, R., Jain, M., Yadav, R., Siddalingeshwara, K.G. and ramod, T.P. 2014. Isolation and characterization of potential plant growth promoting rhizobacteria from non-rhizospheric soil. International Journal Current Microbiology and Applied Sciences 3: 432-438.
  15. De Guzman, M.N., Vargas, V.A., Anna, H. and Svoboda, M. 2008. Lipolytic enzyme production by halophilic/halotolerant microorganisms isolated from laguna verde, Bolivia. Revista Boliviana De Química 25: 14- 23.
  16. Deshwal, V. K. 2012. Pseudomonas aeruginosa as biological control agent against Plant pathogenic fungus Sclerotinia sclerotiorum. International Journal of Plant, Animal and Environmental Sciences 2: 14- 17.
  17.  Dommelen, A.V., Keijers, V., Vanderleyden, J. and De Zamaroczy, M. 1998. Ammonium transport in the nitrogen-fixing bacterium Azospirillum brasilense. Journal of Bacteriology 180: 2652- 2659.
  18. Farokh, R.Z., Sachdev, D., Kazemi-Pour, N., Engineer, A., Pardesi, K.R., Zinjarde, S., Dhakephalkar, P.K. and Chopade, B.A. 2011. Characterization of plant-growth-promoting traits of Acinetobacter species isolated from rhizosphere of Pennisetum glaucum. Journal of Microbiology and Biotechnology 21: 556- 566.
  19. Garsia-Fraile, P., Menendez, E., and Rivas, R. 2015. Role of bacterial biofertilizers in agriculture and forestry. Bioengineering 2: 183- 205.
  20. Geetha, K., Rajithasri, A.B. and Bhadraiah, B. 2014. Isolation of plant growth promoting rhizobacteria from rhizosphere soils of green gram, biochemical characterization and screening for antifungal activity against pathogenic fungi. International Journal of Pharmaceutical Science Invention 3:47-54
  21. Ghodsalavi, B., Ahmadzadeh, M., Soleimani, M., Brokanloui, P. and Taghizad, R. 2013. Isolation and characterization of Rhizobacteria and their effects on root extracts of Valeriana officinalis. Australian Journal of Crop Sciences 7: 338- 344.
  22. Glick, B.R. 1995. The enhancement of plant growth by free-living bacteria. Canadian Journal of Microbiology 41: 109- 117.
  23. Goswami, D., Thakker, J. and Dhandhukia, P. 2016. Portraying mechanics of plant growth promoting rhizobacteria (PGPR): A review. Cogent Food and Agriculture 2(1): 1127500. [online] available at http://dx.doi.org/10.1080/23311932.2015.1127500
  24. Holt, J.G., Krieg, N.R., Sneath, P.H.A., Staley, J.T. and Williams, S.T. 1994. Bergey's Manual of Determinative Bacteriology. 9th ed. Williams and Wilkins. Maryland
  25. Indira Devi, S., Talukdar, N.C., Chandradev Sharma, K., Jeyaram and Rohinikumar, M. 2011. Screening of rhizobacteria for their plant growth promotion ability and antagonism against damping off and root rot diseases of broad bean (Vicia faba L.). Indian Journal of Microbioloy 51: 14- 21
  26. Islam, SH., Akanda, A., Prova, A., Islam, M.D. and Hossain, M.D. 2016. Isolation and identification of plant growth promoting rhizobacteria from cucumber rhizosphere and their effect on plant growth promotion and disease suppression. Frontiers in Microbiology 6: 1360. doi: 10.3389/fmicb.2015.01360
  27. Jošic', D., C'iric', A., Sokovic', M., Stanojkovic'-Sebic', A., Pivic', R., Lepšanovic', Z. and Glamoclija, J. 2015. Antifungal activities of indigenous plant growth promoting Pseudomonas spp. from alfalfa and clover rhizosphere. Frontiers in Life Science 8: 131-138
  28. Karpagam, T. and Nagalakshmi, P.K. 2014. Isolation and characterization of phosphate solubilizing microbes from agricultural soil. International Journal of Current Microbiology and Applied Sciences 3: 601- 614.
  29. Kloepper, J.W. and Schroth. M.N. 1978. Plant growth-promoting rhizobacteria on radishes. In Proceedings of the 4th International Conference on Plant Pathogenic Bacteria. pp. 879–882.
  30. Krishna, P.M., Sandhya, S. and Banji, D. 2012. A review on phytochemical, ethnomedical and pharmacological studies on genus Sophora, Fabaceae. Brazilian Journal of Pharmacognosy 22: 1145- 1154.
  31. Majumdar, S. and Chakraborty, U. 2017. Optimization of protease production from plant growth promoting Bacillus amyloliquefaciens showing antagonistic activity against phytopathogens. International Journal of Pharma and Bio Sciences 8: 635- 642.
  32.  Malleswari1, D. and Bagyanarayana, G. 2013. Plant growth-promoting activities and molecular characterization of rhizobacterial strains isolated from medicinal and aromatic plants. IOSR Journal of Pharmacy and Biological Sciences 6:30-37
  33. Metwali, E., Abdelmoneim, T., Bakheit, M. and Kadasa, N. 2015. Alleviation of salinity stress in faba bean (Vicia faba L.) plants by inoculation with plant growth promoting rhizobacteria (PGPR). Plant Omics Journal 8: 449- 460.
  34. Nautiyal, C. Sh., Bhadauria, Sh., Kumar, P., Lal, H., Mondal, R. and Verm, D. 2000. Stress induced phosphate solubilization in bacteria isolated from alkaline soils. FEMS Microbiology Letters 182: 291- 296.
  35. Patel, P., Shah, R. and Modi, K. 2017.  Isolation and characterization of plant growth promoting potential of Acinetobacter sp. rsc7 isolated from Saccharum officinarum cultivar co 671. Journal of Experimental Biology and Agricultural Sciences 5: 483- 493.
  36. Patten, CH.L. and Glick. B.R. 2002 Role of Pseudomonas putida indoleacetic acid in development of the host plant root system. Applied and Environmental Microbiology 68(8): 3795–3801
  37. Sarode. P., Makarand, R., Bhushan, CH. and Sudhir, CH. 2009. Siderophoregenic Acinetobacter calcoaceticus isolated from wheat rhizosphere with strong PGPR activity. Malaysian Journal of Microbiology 5: 6- 12.
  38. Schaad, N.W., Jones, J.B. and Chun, W. 2001. Laboratory guide for identification of plant pathogenic bacteria. American phytopathological Society Press. St. Paul, Minnesota, USA.
  39. Sharma, R., Chisti, Y. and Chand Banerjee, U. 2001. Production, purification, characterization and applications of lipases. Biotechnology Advances 19: 627- 662.
  40. Silva, K., Perin, L., Gomes, M.D.L., Baraúna, A.C., Pereira, G.M.D., Mosqueira, C.A., Costa, I.B.D., O’hara, G. and Zilli, J.E. 2016. Diversity and capacity to promote maize growth of bacteria isolated from the Amazon region. Acta Amazonica 46: 111- 118.
  41. Spaepen, S., Vanderleyden, J. and Remans, R. 2007. Indole-3-acetic acid in microbial and microorganism-plant signaling. FEMS Microbiol Review 31: 425- 448.
  42. Vidyasagar, M., Prakash, S., Mahajan, V., Shouche, Y.S. and Sreeramulu, K. 2009. Purification and characterization of an extreme Halothermophilic protease from a Halophilic bacterium Chromohalobacter sp. Brazilian Journal of Microbiology 40: 12- 19.
  43.  Xu, SH.J., Hong, S.J., Choi, W. and Kim, B.S. 2014. Antifungal activity of Paenibacilluskribbensis strain t-9 isolated from soils against several plant pathogenic fungi. The Plant Pathology Journal 30: 102- 108
  44. Zhao, L.F., Xu, Y.J., Ma, Z.Q., Deng, Z.S., Shan, C.J and Wei, G.H. 2013. Colonization and plant growth promoting characterization of endophytic Pseudomonaschlororaphis strain Zong1 isolated from Sophora alopecuroides root nodules. Brazilian Journal of Microbiology 44; 623-631.
  45. Zhao, L.F., Xu, Y.J., Sun, R., Deng, Z.S. and Wei, G. H. 2011. Colonization and plant growth promoting characterization of endophytic Bacillus cereus strain Zong1 isolated from Sophora alopecuroides root nodules. Brazilian Journal of Microbiology 42; 567-575.