АЛЕЛОПАТИЧНА ДІЯ МЕТАБОЛІТІВ, ПРОДУКУВАНИХ STREPTOMYCES SP. HU2014, НА ПШЕНИЦЮ ТА МИШІЙ ЗЕЛЕНИЙ

Чжу Хонксуа; Т. О. Рожкова

doi:10.32845/agrobio.2022.4.2

Чжу Хонксуа https://orcid.org/0000-0003-0113-779X
Т. О. Рожкова https://orcid.org/0000-0002-3310-2930

DOI: https://doi.org/10.32845/agrobio.2022.4.2

Ключові слова: Streptomyces, алелопатія, індекс відповіді, пшениця, мишій зелений

Анотація

Ризобактерії, які стимулюють ріст рослин, широко поширені в ризосфері рослин. Вони забезпечують живлення та продукують деякі антибіотичні речовини для пригнічення фітопатогенів і сприяння росту рослин. Тому вивчення алелопатії є дуже важливою частиною взаємодії між ризобактеріями та рослиною. Streptomyces, рід актиноміцетів, добре відомий своїми біоактивними метаболітами, головним чином – антибіотиками, гормонами та гідролазою, які можуть впливати на ріст рослин. У цьому дослідженні було оцінено алелопатію метаболітів штаму Streptomyces sp. HU2014 на пшеницю та мишій зелений з використанням індексу відповіді RI. Негативні значення RI вказували на пригнічення росту рослин; позитивні показники свідчили про стимуляцію їх росту. Чотири фракції (F2, F4, F6 та F8) з безклітинних фільтратів культурального бульйону HU2014 мали певний вплив на довжину проростків та коренів рослин. Для пшениці результати показали, що фракція F2 при 10 мг/мл мала найбільш виразний ефект пригнічення довжини проростків (RI=-0,53) і кореня (RI=-0,22). Однак фракція F2 при 1 мг/мл сприяла збільшенню довжини проростка (RI=0,01). Фракції F4 і F6 при 10 мг/мл мали найбільше пригнічення довжини проростків та коренів. Для фракції F8 зафіксовано найбільше зменшення довжини проростків (RI = -0,66) при 5 мг/мл і довжини кореня (RI = -0,66) при 10 мг/мл. Для мишію зеленого фракція F2 при 10 мг/мл пригнічувала як довжини проростків (RI = -0,73), так і кореня (RI =-1,00). Фракція F4 показала найвище пригнічення проростку (RI = -0,69) при 5 мг/мл і кореня (RI = -0,85) при 10 мг/мл. Фракція F6 мала найвище пригнічення довжини проростка (RI = -0,59) при 10 мг/мл і кореня (RI = -0,80) при 5 мг/мл. Фракція F8 показала найвищий рівень інгібування довжини проростка (RI = -0,47) при 5 мг/мл і кореня (RI = -0,93) при 10 мг/мл. З наведених вище результатів ми можемо зробити висновок, що чотири фракції мали алелопатичний вплив на довжину проростків і коренів двох досліджуваних видів рослин, за винятком фракції F2 при 1 мг/мл, яка сприяла збільшенню довжини пагонів пшениці. Таким чином, на ранній стадії росту рослин низька концентрація алелопатичних речовин, які продукує HU2014, може сприяти росту пшениці, тоді як ці речовини пригнічують ріст мишію зеленого. Тому цей штам може бути перспективним як у якості біофунгіциду, так і – біогербіциду.

Посилання

1. Aci, M. M., Sidari, R., Araniti, F., & Lupini, A. (2022). Emerging Trends in Allelopathy: A Genetic Perspective for Sustainable Agriculture. Agronomy-Basel, 12(9). doi:10.3390/agronomy12092043
2. Arafat, Y., Din, I. U., Tayyab, M., Jiang, Y. H., Chen, T., Cai, Z. Y., Zhao, H. Y., Lin, X. M., Lin, W. X., & Lin, S. (2020). Soil Sickness in Aged Tea Plantation Is Associated With a Shift in Microbial Communities as a Result of Plant Polyphenol Accumulation in the Tea Gardens. Frontiers in Plant Science, 11. doi:10.3389/fpls.2020.00601
3. Aslam, F., Khaliq, A., Matloob, A., Tanveer, A., Hussain, S., & Zahir, Z. (2017). Allelopathy in agro-ecosystems: a critical review of wheat allelopathy-concepts and implications. Chemoecology, 27(1), 1–24. doi:10.1007/s00049-016-0225-x
4. Chen, P., Huang, R., Zuo, L. Z., Zhang, Y. Q., & Li, L. (2021). Allelopathic potential of root endophytic bacterial metabolites on seeds germination of Casuarina equisetifolia. Allelopathy Journal, 52(2), 261–276. doi:10.26651/allelo.j/2021-52-2-1321
5. Dias, M. P., Bastos, M. S., Xavier, V. B., Cassel, E., Astarita, L. V., & Santarém, E. R. (2017). Plant growth and resistance promoted by Streptomyces spp. in tomato. Plant Physiology and Biochemistry, 118, 479–493. doi:10.1016/j.plaphy.2017.07.017
6. Francisco, Macías, Francisco, Jr, Mejías, José, Mg, & Molinillo. (2019). Recent advances in allelopathy for weed control: from knowledge to applications. Pest Management Science, 75(9), 2413–2436. doi:10.1002/ps.5355
7. Hameed, A., Shahina, M., Young, L. S., Lai, W. A., Sridhar, K. R., & Young, C. C. (2019). Bacteriostatic stimulus of meropenem on allelochemical-metabolizing Burkholderia sp. LS-044 mitigates ferulic acid autotoxicity in rice (Oryza sativa ssp. japonica cv. Tainung 71). Plant and Soil, 443(1–2), 73–86. doi:10.1007/s11104-019-04195-7
8. Hussain, M. I., Danish, S., Sanchez-Moreiras, A. M., Vicente, O., Jabran, K., Chaudhry, U. K., Branca, F., & Reigosa, M. J. (2021). Unraveling Sorghum Allelopathy in Agriculture: Concepts and Implications. Plants-Basel, 10(9). doi:10.3390/plants10091795
9. Katz, L., & Baltz, R. H. (2016). Natural product discovery: past, present, and future. J. Ind. Microbiol . Biotechnol., 43(2–3), 155–176. doi:10.1007/s10295-015-1723-5
10. Li, N. C., Zhang, J. Y., Zhao, X. Y., Wang, P. B., Tong, M. M., & Glibert, P. M. (2020). Allelopathic Inhibition by the Bacteria Bacillus cereus BE23 on Growth and Photosynthesis of the Macroalga Ulva prolifera. Journal of Marine Science and Engineering, 8(9). doi:10.3390/jmse8090718
11. Mishra, S., Upadhyay, R. S., & Nautiyal, C. S. (2013). Unravelling the beneficial role of microbial contributors in reducing the allelopathic effects of weeds. Applied Microbiology and Biotechnology, 97(13), 5659–5668. doi:10.1007/s00253-013-4885-y
12. Mpofu, E., Chakraborty, J., Suzuki-Minakuchi, C., Okada, K., Kimura, T., & Nojiri, H. (2020). Biotransformation of Monocyclic Phenolic Compounds by Bacillus licheniformis TAB7. Microorganisms, 8(1). doi:10.3390/microorganisms8010026
13. Muller, J. P., Hauzy, C., & Hulot, F. D. (2012). Ingredients for protist coexistence: competition, endosymbiosis and a pinch of biochemical interactions. Journal of Animal Ecology, 81(1), 222–232. doi:10.1111/j.1365-2656.2011.01894.x
14. Mun, B. G., Lee, W. H., Kang, S. M., Lee, S. U., Lee, S. M., Lee, D. Y., Shahid, M., Yun, B. W., & Lee, I. J. (2020). Streptomyces sp. LH 4 promotes plant growth and resistance against Sclerotinia sclerotiorum in cucumber via modulation of enzymatic and defense pathways. Plant and Soil, 448(1–2), 87–103. doi:10.1007/s11104-019-04411-4
15. Nichols, V., Verhulst, N., Cox, R., & Govaerts, B. (2015). Weed dynamics and conservation agriculture principles: A review. Field Crops Research, 183, 56–68. doi:10.1016/j.fcr.2015.07.012
16. Nozari, R. M., Ortolan, F., Astarita, L. V., & Santarem, E. R. (2021). Streptomyces spp. enhance vegetative growth of maize plants under saline stress. Brazilian Journal of Microbiology, 52(3), 1371-1383. doi:10.1007/s42770-021-00480-9
17. Scavo, A., Abbate, C., & Mauromicale, G. (2019). Plant allelochemicals: agronomic, nutritional and ecological relevance in the soil system. Plant and Soil, 442(1-2), 23–48. doi:10.1007/s11104-019-04190-y
18. Schandry, N., & Becker, C. (2020). Allelopathic Plants: Models for Studying Plant-Interkingdom Interactions. Trends in Plant Science, 25(2), 176–185. doi:10.1016/j.tplants.2019.11.004
19. Sun, Y. Y., Zhang, Q. X., Zhao, Y. P., Diao, Y. H., Gui, F. R., & Yang, G. Q. (2021). Beneficial rhizobacterium provides positive plant-soil feedback effects to Ageratina adenophora. Journal of Integrative Agriculture, 20(5), 1327–1335. doi:10.1016/s2095-3119(20)63234-8
20. Tarkka, M. T., Lehr, N. A., Hampp, R., & Schrey, S. D. (2008). Plant behavior upon contact with streptomycetes. Plant Signaling & Behavior, 3(11), 917-919. doi:10.4161/psb.5996
21. Viaene, T., Langendries, S., Beirinckx, S., Maes, M., & Goormachtig, S. (2016). Streptomyces as a plant's best friend? FEMS Microbiology Ecology, 92(8), 1–10. doi:10.1093/femsec/fiw119
22. Vurukonda, S. S. K. P., Giovanardi, D., & Stefani, E. (2018). Plant growth promoting and biocontrol activity of Streptomyces spp. as endophytes. International Journal of Molecular Sciences, 19(4), 1-26. doi:10.3390/ijms19040952
23. Williamson, G. B., & Richardson, D. (1988). Bioassays for allelopathy: Measuring treatment responses with independent controls. Journal of chemical ecology (USA), 14(1), 181. doi:10.1007/BF01022540
24. Xi, J., Ding, Z. B., Xu, T. Q., Qu, W. X., Xu, Y. Z., Ma, Y. Q., Xue, Q. H., Liu, Y. X., & Lin, Y. B. (2022). Maize Rotation Combined with Streptomyces rochei D74 to Eliminate Orobanche cumana Seed Bank in the Farmland. Agronomy-Basel, 12(12). doi:10.3390/agronomy12123129
25. Xiao, Z. X., Zou, T., Lu, S. G., & Xu, Z. H. (2020). Soil microorganisms interacting with residue-derived allelochemicals effects on seed germination. Saudi Journal of Biological Sciences, 27(4), 1057–1065. doi:10.1016/j.sjbs.2020.01.013
26. Xie, Y. Q., Tian, L. B., Han, X., & Yang, Y. (2021). Research Advances in Allelopathy of Volatile Organic Compounds (VOCs) of Plants. Horticulturae, 7(9). doi:10.3390/horticulturae7090278
27. Yang, C. X., Luo, S. H., Wang, J., Zhu, J. J., Chen, H. L., Zhou, Y. F., & Zhao, X. S. (2021). Effects of ginseng cultivation on rhizosphere soil microecological environment. Allelopathy Journal, 54(2), 235–252. doi:10.26651/allelo.j/2021-54-1361
28. Zhou, B., Kong, C. H., Li, Y. H., Wang, P., & Xu, X. H. (2013). Crabgrass (Digitaria sanguinalis) Allelochemicals That Interfere with Crop Growth and the Soil Microbial Community. Journal of Agricultural and Food Chemistry, 61(22), 5310–5317. doi:10.1021/jf401605g
29. Zhu, H. X., Hu, L. f., Hu, H. Y., Zhou, F., Wang, S. W., Wu, L. L., Rozhkova, T., & Li, C. W. (2022). Identification of a novel Streptomyces sp. strain HU2014 showing growth promotion and biocontrol effect against Rhizoctonia spp. in wheat. Plant Disease, On line. doi:10.1094/pdis-06-22-1493-re