STUDY OF THE INFLUENCE OF ENDOPHYTIC BACTERIA OF THE GENUS BACILLUS ON THE GROWTH AND STRESS RESISTANCE OF SPRING WHEAT AND SOYBEAN SEEDLS
DOI 10.12737/2073-0462-2023-53-59 УДК 631.8
Keywords:
spring wheat, soybean, endophytic bacteria of the genus Bacillus, drought, lipid peroxidation, proline, chlorophyll.Abstract
Research was carried out to identify the possibility of using strains of endophytic bacteria of the genus Bacillus on monocotyledonous and dicotyledonous plants to increase their drought resistance. The parameters of seed germination, root length, level of lipid peroxidation, content of photosynthetic pigments and free proline were determined. The scheme of vegetation experiments included modeling of 30% drought on sand and pre-sowing treatment of seeds of spring wheat variety Yoldyz and soybean variety Sultana with endophytic bacteria Bacillus subtilis KS-55 AU, Bacillus cereus KS-56 AU, Bacillus pumilus KS-57 AU, Bacillus megaterium KS-58 AU, Bacillus cereus KS-59 AU, Bacillus megaterium KS-60 AU and Bacillus pumilus KS-61 AU. Bacteria better stimulated root growth when using a titer of 1×106 cells in 1 ml of the drug (the increase in soybean with Bacillus subtilis KS-55 AU and Bacillus megaterium KS-60 AU was 0.6 cm, in wheat with Bacillus cereus KS-56 AU, Bacillus cereus KS-59 AU and Bacillus pumilus KS-61 AU – 0.4 cm). In wheat, the Bacillus subtilis KS-55 AU strain stood out, treatment with which contributed to an increase in germination by 30%, a decrease in the level of lipid peroxidation by 46%, an increase in the amount of free proline by 148%, and photosynthetic pigments by 6%, relative to the control variant. On soybean plants, this strain contributed to an increase in germination by 40%, treatment with Bacillus cereus KS-59 AU led to a decrease in the level of lipid peroxidation by 47%, proline accumulation by 73%, Bacillus pumilus KS-61 AU increased the content of total chlorophyll by 141%, relative to the control variant. Thus, we can conclude that these strains of endophytic bacteria improve the growth and development of spring wheat and soybean seedlings, and also serve as inducers of crop resistance to soil drought.
References
1. Abiotic stress responses and microbe-mediated mitigation in plants: the omics strategies / K. K. Meena, A. M. Sorty, U. M. Bitla, et al. // Frontiers in plant science. 2017. Vol. 8. P. 191–215.
2. Оценка эффективности предпосевной обработки семян и посевов биологически активными веществами на яровой пшенице в условиях Предкамья Республики Татарстан / М. Ф. Амиров, А. Я. Сафиуллин, М. Ю. Гилязов [и др.] // Вестник Казанского государственного аграрного университета. – 2023. – Т. 18, № 2 (70). – С. 5-12.
3. Изменение термических ресурсов вегетационного периода и урожайность яровой пшеницы в условиях Среднего Поволжья / А. Р. Сержанова, М. Ю. Гилязов, Ф. Ш. Шайхутдинов [и др.] // Вестник Казанского государственного аграрного университета. – 2023. – Т. 18, № 1(69). – С. 38-44.
4. Мадякин, Е. В. Исследования по адаптивности сортов яровой пшеницы в Поволжье / Е. В. Мадякин, О. И. Горянин // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. – 2023. – № 1(61). – С. 40-45.
5. Крупнов В. А. Генетическая сложность и контекст-специфичность признаков урожая пшеницы в засушливых условиях // Вавиловский журнал генетики и селекции. 2013. Т. 17. №. 3. С. 524–534.
6. Амиров, М. Ф. Влияние минеральных удобрений, обработки семян и посевов на продуктивность яровой пшеницы в условиях Предкамья Республики Татарстан / М. Ф. Амиров, Д. И. Толокнов // Вестник Казанского государственного аграрного университета. – 2022. – Т. 17, № 2(66). – С. 8-13.
7. Якомаскин, С. С. Минеральное питание как основа физиологических процессов, происходящих в растениях / С. С. Якомаскин, В. И. Каргин, А. А. Зубарев // Вестник Ульяновской государственной сельскохозяйственной академии. – 2023. – № 2(62). – С. 36-40.
8. The potential application of endophytes in management of stress from drought and salinity in crop plants / H. Verma, D. Kumar, V. Kumar, et al. // Microorganisms. 2021. Vol. 9. No. 8. Article 1729. URL: https://www.mdpi.com/2076-2607/9/8/1729 (дата обращения: 01.11.2023). doi: 10.3390/microorganisms9081729.
9. Enhancement of drought stress tolerance in crops by plant growth promoting Rhizobacteria / S. S. K. P. Vurukonda, S. Vardharajula, M. Shrivastava, et al. // Microbiological Research. 2016. Vol. 184. P. 13–24.
10. Mercado-Blanco J., Lugtenberg B. J. J. Biotechnological applications of bacterial endophytes // Current Biotechnology. 2014. Vol. 3. No. 1. P. 60–75.
11. Особенности действия бактерий Bacillus subtilis № 2 и гуминового препарата на плодообразование перца сладкого / В.Н. Пищик, Н.И. Воробьёв, О.Р. Удалова и др. // Российская сельскохозяйственная наука. 2019. № 3. С. 22-27.
12. Щербаков А. В., Заплаткин А. Н., Чеботарь В. К. Эндофитные бактерии, населяющие семена пшеницы, перспективные продуценты микробных препаратов для сельского хозяйства // Достижения науки и техники АПК. 2013. №. 7. С. 35–38.
13. Монастырский О. А. Биопрепараты: типы, рынки в России и в других странах // Агрохимия. 2019. №. 11. С. 86–90.
14. Влияние кратности обработок картофеля эндофитными бактериями Bacillus subtilis на содержание пигментов в листьях, продуктивность и устойчивость к болезням / Л.И. Пусенкова, С.Р. Гарипова, К.А. Федорова и др. // Достижения науки и техники АПК. 2022. Т. 36. № 10. С. 11-17.
15. Эффективность микробиологических препаратов при возделывании ячменя // С.И. Коржов, Т.А. Трофимова, Д. Каргбо и др. // Земледелие. 2022. № 7. С. 40-44.
16. Эндофитные микроорганизмы в фундаментальных исследованиях и сельском хозяйстве / Е. Н. Васильева, Г. А. Ахтемова, В. А. Жуков и др. // Экологическая генетика. 2019. Т. 17. №. 1. С. 19–32.
17. Абрамова А. А., Шаймуллина Г. Х. Оценка количественных изменений в микробиоме почвы и растений яровой пшеницы на ранних стадиях ее развития при обработке биопрепаратами в полевых опытах 2020 и 2021 годов // Агрономия. 2022. №. 3. С. 6–11.
18. Acetylene reduction assay for nitrogenase activity in root nodules under salinity stress / L. Gu, J. R. Loya, S. Subramanian, et al. // Methods in Enzymology. 2023. Vol. 683. P. 253–264. doi: 10.1016/bs.mie.2022.08.044.
19. Методы определения редокс-статуса культивируемых клеток растений: учебно-методическое пособие / Г. В. Сибгатуллина, Л. Р. Хаертдинова, Е. А. Гумерова и др. Казань: Казанский (Приволжский) Федеральный университет, 2011. 61 с.
20. Модифицированная методика определения пролина в растительных объектах / Г. Н. Шихалеева, А. К. Будняк, И. И. Шихалеев и др. // Вісник Харківського національного університету імені В.Н. Каразіна. Серія: Біологія. 2014. №. 21. С. 168–172.
21. Effect of various biological control agents (BCAs) on drought resistance and spring barley productivity / R. Safin, L. Karimova, L. Nizhegorodtseva, et al. // BIO Web of Conferences. France: EDP Sciences, 2020. Vol. 17. Article 00063.
22. Effects of Bacillus subtilis on some physiological and biochemical parameters of Triticum aestivum L. (wheat) under salinity / O. Lastochkina, L. Pusenkova, R. Yuldashev, et al. // Plant physiology and biochemistry. 2017. Vol. 121. P. 80–88.
23. Response of plants to water stress / Y. Osakabe, K. Osakabe, K. Shinozaki, et al. // Front. Plant Sci. 2014. Vol. 5. Article 86. URL: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2014.00086/full (дата обращения: 04.11.2023).
24. Proline, a multifaceted signalling molecule in plant responses to abiotic stress: understanding the physiological mechanisms / U. K. Ghosh, M. N. Islam, M. N. Siddiqui, et al. // Plant Biology. 2022. Vol. 24. No. 2. P. 227–239.
25. Beneficial soil bacterium Bacillus subtilis (GB03) augments salt tolerance of white clover / Q. Q. Han, X. P. Lu, J. P. Bai, et al. // Frontiers in plant science. 2014. Vol. 5. Article 525. URL: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2014.00525/full (дата обращения: 04.11.2023).
26. Оценка эффекта биологической обработки семян яровой мягкой пшеницы (Triticum aestivum L.) в лабораторных условиях / А. А. Мартынов, Н. А. Боме, Д. А. Базюк и др. // Международный научно-исследовательский журнал. 2023. №. 3 (129). С. 67–77.
27. Аллагулова Ч. Р., Ласточкина О. В. Снижение уровня окислительного стресса в растениях пшеницы под влиянием эндофитных бактерий в условиях засухи // Экобиотех. 2020. Т. 3. №. 2. С. 129–134.
1. Meena KK, Sorty AM, Bitla UM. Abiotic stress responses and microbe-mediated mitigation in plants: the omics strategies. Frontiers in plant science. 2017; Vol.8. 191-215 p.
2. Amirov MF, Safiullin AYa, Gilyazov MYu. [Evaluation of the effectiveness of pre-sowing treatment of seeds and crops with biologically active substances on spring wheat in the conditions of Kama region of the Republic of Tatarstan]. Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2023; Vol.18. 2(70). 5-12 p.
3. Serzhanova AR, Gilyazov MYu, Shaykhutdinov FSh. [Changes in thermal resources of the growing season and spring wheat productivity in the conditions of Middle Volga region]. Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2023; Vol.18. 1(69). 38-44 p.
4. Madyakin EV, Goryanin OI. [Research on the adaptability of spring wheat varieties in Volga region]. Vestnik Ul'yanovskoy gosudarstvennoy sel'skokhozyaistvennoy akademii. 2023; 1(61). 40-45 p.
5. Krupnov VA. [Genetic complexity and context-specificity of wheat yield traits in arid conditions]. Vavilovskiy zhurnal genetiki i selektsii. 2013; Vol.17. 3. 524-534 p.
6. Amirov MF, Toloknov DI. [The influence of mineral fertilizers, seed and crop treatment on the productivity of spring wheat in the conditions of Kama region of the Republic of Tatarstan]. Vestnik Kazanskogo gosudarstvennogo agrarnogo universiteta. 2022; Vol.17. 2(66). 8-13 p.
7. Yakomaskin SS, Kargin VI, Zubarev AA. [Mineral nutrition as the basis of physiological processes occurring in plants]. Vestnik Ul'yanovskoy gosudarstvennoy sel'skokhozyaystvennoy akademii. 2023; 2(62). 36-40 p.
8. Verma H, Kumar D, Kumar V. The potential application of endophytes in management of stress from drought and salinity in crop plants. [Internet]. Microorganisms. 2021; Vol.9. 8. Article 1729. [cited 2023, November 01]. Available from: https://www.mdpi.com/2076-2607/9/8/1729. doi: 10.3390/microorganisms9081729.
9. Vurukonda SSKP, Vardharajula S, Shrivastava M. Enhancement of drought stress tolerance in crops by plant growth promoting Rhizobacteria. Microbiological Research. 2016; Vol.184. 13-24 p.
10. Mercado-Blanco J, Lugtenberg BJJ. Biotechnological applications of bacterial endophytes. Current Biotechnology. 2014; Vol.3. 1. 60-75 p.
11. Pishchik VN, Vorob'ev NI, Udalova OR. [Features of the action of bacteria Bacillus subtilis No. 2 and humic preparation on the fruit formation of sweet pepper]. Rossiyskaya sel'skokhozyaystvennaya nauka. 2019; 3. 22-27 p.
12. Shcherbakov AV, Zaplatkin AN, Chebotar' VK. [Endophytic bacteria inhabiting wheat seeds are promising producers of microbial preparations for agriculture]. Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2013; 7. 35-38 p.
13. Monastyrskiy OA. [Biological products: types, markets in Russia and other countries]. Agrokhimiya. 2019; 11. 86-90 p.
14. Pusenkova LI, Garipova SR, Fedorova KA. [The influence of the frequency of potato treatments with endophytic bacteria Bacillus subtilis on the content of pigments in the leaves, productivity and disease resistance]. Dostizheniya nauki i tekhniki APK. 2022; Vol.36. 10. 11-17 p.
15. Korzhov SI, Trofimova TA, Kargbo D. [Efficiency of microbiological preparations in the cultivation of barley]. Zemledelie. 2022; 7. 40-44 p.
16. Vasil'eva EN, Akhtemova GA, Zhukov VA. [Endophytic microorganisms in fundamental research and agriculture]. Ekologicheskaya genetika. 2019; Vol.17. 1. 19-32 p.
17. Abramova AA, Shaymullina GKh. [Assessment of quantitative changes in the microbiome of soil and plants of spring wheat at the early stages of its development when treated with biological products in field experiments in 2020 and 2021]. Agronomiya. 2022; 3. 6-11 p.
18. Gu L, Loya JR, Subramanian S. Acetylene reduction assay for nitrogenase activity in root nodules under salinity stress. Methods in Enzymology. 2023; Vol.683. 253-264 p. doi: 10.1016/bs.mie.2022.08.044.
19. Sibgatullina GV, Khaertdinova LR, Gumerova EA. Metody opredeleniya redoks-statusa kul'tiviruemykh kletok rastenii: uchebno-metodicheskoe posobie. [Methods for determining the redox status of cultured plant cells: educational manual]. Kazan': Kazanskiy (Privolzhskiy) Federal'nuy universitet. 2011; 61 p.
20. Shikhaleeva GN, Budnyak AK, Shikhaleev II. [Modified method for determining proline in plant objects]. Vestnik Kharkіvs'kogo natsіonal'nogo unіversitetu іmenі V.N. Karazіna. Serіya: Bіologіya. 2014; 21. 168-172 p.
21. Safin R, Karimova L, Nizhegorodtseva L. Effect of various biological control agents (BCAs) on drought resistance and spring barley productivity. [Internet]. BIO Web of Conferences. France: EDP Sciences. 2020; Vol.17. Article 00063. [cited 2023, November 04]. Available from: https://www.researchgate.net/publication/339553464.
22. Lastochkina O, Pusenkova L, Yuldashev R. Effects of Bacillus subtilis on some physiological and biochemical parameters of Triticum aestivum L. (wheat) under salinity. Plant physiology and biochemistry. 2017; Vol.121. 80-88 p.
23. Osakabe Y, Osakabe K, Shinozaki K. Response of plants to water stress. [Internet]. Front. Plant Sci. 2014; Vol.5. Article 86. [cited 2023, November 04]. Available from: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2014.00086/full.
24. Ghosh UK, Islam MN, Siddiqui MN. Proline, a multifaceted signalling molecule in plant responses to abiotic stress: understanding the physiological mechanisms. Plant Biology. 2022; Vol.24. 2. 227-239 p.
25. Han QQ, Lu XP, Bai JP. Beneficial soil bacterium Bacillus subtilis (GB03) augments salt tolerance of white clover. [Internet]. Frontiers in plant science. 2014; Vol.5. Article 525. [cited 2023, November 04]. Available from: https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fpls.2014.00525/full.
26. Martynov AA, Bome NA, Bazyuk DA. [Evaluation of the effect of biological treatment of seeds of spring soft wheat (Triticum aestivum L.) in laboratory conditions]. Mezhdunarodnuy nauchno-issledovatel'skiy zhurnal. 2023; 3 (129). 67-77 p.
27. Allagulova ChR, Lastochkina OV. [Reduction of the level of oxidative stress in wheat plants under the influence of endophytic bacteria under drought conditions]. Ekobiotekh. 2020; Vol.3. 2. 129-134 p.
Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
Categories
License
Copyright (c) 2026 Vestnik of Kazan state agrarian university
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
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).
