sibvestСибирский вестник сельскохозяйственной наукиSiberian Herald of Agricultural Science0370-87992658-462XSiberian Federal Scientific Centre of Agro-BioTechnologies of the Russian Academy of Sciences10.26898/0370-8799-2024-6-4sibvest-1918Research ArticleРАСТЕНИЕВОДСТВО И СЕЛЕКЦИЯPLANT GROWING AND BREEDINGАспекты совместного культивирования Bacillus amyloliquefaciens и Bacillus aryabhattai для интенсификации синтеза ростостимулирующих веществAspects of the joint cultivation of Bacillus amyloliquefaciens and Bacillus aryabhattai for the intensification of growth-stimulating substances synthesisСеразетдиноваЮ. Р.SerazetdinovaYu. R.

Младший научный сотрудник; адрес для переписки.

650000, Кемерово, ул. Красная, 6

Yulia P. Serazetdinova - Junior Researcher.

6, Krasnaya St., Kemerovo, 650000

serazetdinova2000@mail.ruБогачёваН. Н.BogachevaN. N.

Младший научный сотрудник.

Кемерово

Natalia N. Bogacheva - Junior Researcher.

Kemerovo

ФасхутдиноваЕ. Р.FaskhutdinovaE. R.

Младший научный сотрудник.

Кемерово

Elizaveta R. Faskhutdinova - Junior Researcher.

Kemerovo

АсякинаЛ. К.AsyakinaL. K.

Доктор технических наук, доцент.

Кемерово

Lyudmila K. Asyakina - Doctor of Science in Engineering, Associate Professor.

Kemerovo

ПроскуряковаЛ. А.ProskuryakovaL. A.

Доктор биологических наук, профессор, заведующая кафедрой.

Larisa A. Proskuryakova - Doctor of Science in Biology, Professor, Department Head.

Kemerovo

Кемеровский государственный университетРоссияKemerovo State UniversityRussian Federation2024270720245464148Copyright © Серазетдинова Ю.Р., Богачёва Н.Н., Фасхутдинова Е.Р., Асякина Л.К., Проскурякова Л.А., 20242024Серазетдинова Ю.Р., Богачёва Н.Н., Фасхутдинова Е.Р., Асякина Л.К., Проскурякова Л.А.Serazetdinova Y.R., Bogacheva N.N., Faskhutdinova E.R., Asyakina L.K., Proskuryakova L.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://sibvest.elpub.ru/jour/article/view/1918

Изучены ростостимулирующие свойства штаммов Bacillus amyloliquefaciens B-11265 и Bacillus aryabhattai В-13192, а также дана оценка возможности их совместного культивирования для интенсификации активности. Установлено, что исследуемые штаммы способны синтезировать индолил-3-уксусную и гиббереллиновую кислоты, сидерофоры: B. amyloliquefaciens B-11265 в количестве 5,23 мкг/мл, 1,05 мг/мл, 46,15%; B. aryabhattai В-13192 – 3,07 мкг/мл, 0,84 мг/мл, 35,50% соответственно. Результаты исследования показали, что штаммы являются биосовместимыми и не ингибируют развитие друг друга, что позволяет включить их в состав одного консорциума. Совместное культивирование штаммов показало, что соотношение микроорганизмов в питательном субстрате оказывает значительное влияние на выход целевых веществ. При соотношении B. amyloliquefacien и B. aryabhattai 1 : 1 отмечено угнетение синтеза индолил-3-уксусной кислоты, соотношения 2 : 3 и 3 : 2 приводили к снижению продуцирования гиббереллиновой кислоты. Установлено, что оптимальным соотношением, позволяющим добиться повышения выхода целевых веществ по сравнению со средними значениями, характерными для отдельных штаммов, являлось три (B. amyloliquefacien) к одному (B. aryabhattai). В данном варианте синтез ростостимулирующих веществ консорциумом составил: индолил-3-уксусная кислота – 5,31 мкг/мл, гиббереллиновая кислота – 1,23 мг/мл, сидерофоры – 51,27%. Полученные результаты свидетельствуют о высоком потенциале сконструированного консорциума для применения в сельском хозяйстве. Однако для разработки ростостимулирующего препарата на его основе необходимо провести ряд дополнительных исследований, направленных на изучение влияния штамма на сельскохозяйственные культуры в условиях лабораторных и полевых экспериментов.

Growth-stimulating properties of Bacillus amyloliquefaciens B-11265 and Bacillus aryabhattai B-13192 strains were studied, and the possibility of their co-cultivation for activity intensification was evaluated. The strains under study were found to be able to synthesize indolyl-3-acetic and gibberellic acids, siderophores: B. amyloliquefaciens B-11265 in the amount of 5.23 µg/ml, 1.05 mg/ml, 46.15%; B. aryabhattai B-13192 – 3.07 µg/ml, 0.84 mg/ml, 35.50%, respectively. The research results showed that the strains were biocompatible and did not inhibit each other's development, allowing them to be included in the same consortium. Joint cultivation of the strains showed that the ratio of microorganisms in the nutrient substrate has a significant effect on the yield of the target substances. At the ratio of B. amyloliquefacien and B. aryabhattai 1 : 1, inhibition of indolyl-3-acetic acid synthesis was observed; ratios of 2 : 3 and 3 : 2 led to a decrease in gibberellic acid production. It was found that three (B. amyloliquefacien) to one (B. aryabhattai) was the optimal ratio to increase the yield of the target substances compared to the average values characteristic of individual strains. In this variant, the synthesis of growth-stimulating substances by the consortium was: indolyl-3-acetic acid – 5.31 μg/ml, gibberellic acid – 1.23 mg/ml, siderophores – 51.27%. The results obtained indicate the high potential of the engineered consortium for agricultural applications. However, in order to develop a growth-stimulating preparation based on it, it is necessary to conduct a number of additional studies aimed at investigating the effect of the strain on agricultural crops in laboratory and field experiments.

биологизацияBacillusростостимулирующие свойствафитогормонысидерофорымикробный консорциумbiologizationBacillusgrowth-stimulating propertiesphytohormonessiderophoresmicrobial consortiumРабота выполнена в рамках государственного задания по теме «Исследование потенциала ростостимулирующих бактерий для повышения агрономической биофортификации пшеницы» (шифр FZSR-2024-0009).The work was carried out within the framework of the state task on the topic “Research of the potential of growth-stimulating bacteria to increase the agronomic biofortification of wheat” (code FZSR-2024-0009).ReferencesKumawat K.C., Razdan N., Saharan K. Rhizospheric microbiome: Biobased perspectives // Microbiological Research. 2022. Vol. 254. Р. 126901. DOI: 10.1016/j.micres.2021.126901.Kumawat K.C., Razdan N., Saharan K. Rhizospheric microbiome: Biobased emerging strategies for sustainable agriculture development and future perspectives. Microbiological Research, 2022, vol. 254, pp. 126901. DOI: 10.1016/j.micres.2021.126901.Asyakina L.K., Serazetdinova Yu.R., Frolova A.S., Fotina N.V., Neverova O.A., Petrov A.N. Antagonistic activity of extremophilic bacteria against phytopathogens in agricultural crops // Food Processing: Techniques and Technology. 2023. Vol. 53. N 3. P. 565–575. DOI: 10.21603/2074-9414-2023-3-2457.Asyakina L.K., Serazetdinova Yu.R., Frolova A.S., Fotina N.V., Neverova O.A., Petrov A.N. Antagonistic activity of extremophilic bacteria against phytopathogens in agricultural crops. Food Processing. Techniques and Technology. 2023, vol. 53, no. 3, pp. 565–575. DOI: 10.21603/2074-9414-2023-3-2457.Delaux P.M., Schornack S. Plant evolution driven by interactions with symbiotic and pathogenic microbes // Science. 2021. Vol. 371. N 6531. Р. eaba6605. DOI: 10.1126/science.aba6605.Delaux P.M., Schornack S. Plant evolution driven by interactions with symbiotic and pathogenic microbes. Science, 2021, vol. 371, no. 6531, pp. ea-ba6605. DOI: 10.1126/science.aba6605.Maksimov I.V., Sorokan A.V., Burkhanova G.F., Veselova S.V., Alekseev V.Y., Shein M.Y., Avalbaev A.M., Dhaware P.D., Mehetre G.T., Singh B.P., Khairullin R.M. Mechanisms of Plant Tolerance to RNA Viruses Induced by Plant-Growth-Promoting Microorganisms // Plants. 2019. Vol. 8. P. 575. DOI: 10.3390/plants8120575.Maksimov I.V., Sorokan A.V., Burkhanova G.F., Veselova S.V., Alekseev V.Y., Shein M.Y., AvalbaevA.M., Dhaware P.D., Mehetre G.T., Singh B.P., Khairullin R.M. Mechanisms of Plant Tolerance to RNA Viruses Induced by Plant-Growth-Promoting Microorganisms. Plants, 2019, vol. 8, pp. 575. DOI: 10.3390/plants8120575.Santoyo G., Guzmán-Guzmán P., Parra-Cota F.I., Santos-Villalobos S.d.l., Orozco-Mosqueda M.d.C., Glick B.R. Plant Growth Stimulation by Microbial Consortia // Agronomy. 2021. Vol. 11. P. 219. DOI: 10.3390/agronomy11020219.Santoyo G., Guzmán-Guzmán P., Parra-Cota F.I., Santos-Villalobos S.d.l., Orozco-Mosqueda M.d.C., Glick B.R. Plant Growth Stimulation by Microbial Consortia. Agronomy, 2021, vol. 11, p. 219. DOI: 10.3390/agronomy11020219.Faskhutdinova E.R., Fotina N.V., Neverova O.A., Golubtsova Y.V., Mudgal G., Asyakina L.K. Assessment of the ability of extremophilic microorganisms to stimulate the growth and development of agricultural seeds // Foods and Raw Materials. 2024. Vol. 12. N 2. P. 348–360. DOI: 10.21603/2308-4057-2024-2-613.Faskhutdinova E.R., Fotina N.V., Neverova O.A., Golubtsova Y.V., Mudgal G., Asyakina L.K. Assessment of the ability of extremophilic microorganisms to stimulate the growth and development of agricultural seeds. Foods and Raw Materials, 2024, vol. 12, no. 2, pp. 348–360. DOI: 10.21603/2308-4057-2024-2-613.Khan S.T. Consortia-based microbial inoculants for sustaining agricultural activities // Applied Soil Ecology. 2022. Vol. 176. P. 104503. DOI: 10.1016/j.apsoil.2022.104503.Khan S.T. Consortia-based microbial inoculants for sustaining agricultural activities. Applied Soil Ecology, 2022, vol. 176, p. 104503. DOI: 10.1016/j.apsoil.2022.104503.Sarmiento-López L.G., López-Meyer M., Maldonado-Mendoza I.E., Quiroz-Figueroa F.R., Sepúlveda-Jiménez G., Rodríguez-Monroy M. Production of indole-3-acetic acid by Bacillus circulans E9 inalow-costmediumina bioreactor // Journal of Bioscience and Bioengineering. 2022. Vol. 1. N 134. P. 21–28. DOI: 10.1016/j.jbiosc.2022.03.007.Sarmiento-López L.G., López-Meyer M., Maldonado-Mendoza I.E., Quiroz-Figueroa F.R., Sepúlveda-Jiménez G., Rodríguez-Monroy M. Production of indole-3-acetic acid by Bacillus circulans E9 inalow-costmediumina bioreactor. Journal of Bioscience and Bioengineering, 2022, vol. 1, no. 134, pp. 21–28. DOI: 10.1016/j.jbiosc.2022.03.007.Асякина Л.К., Mudgal G., Тихонов С.Л., Ларичев Т.А., Фотина Н.В., Просеков А.Ю. Исследование потенциала естественной микробиоты яровой мягкой пшеницы в повышении урожайности // Достижения науки и техники АПК. 2023. Т. 37. № 11. С. 12–17. DOI: 10.53859/02352451_2023_37_11_12.Asyakina L.K., Mudgal G., Tikhonov S.L., Larichev T.A., Fotina N.V., Prosekov A.Yu. Study of the potential of natural microbiota of spring soft wheat to increase yield. Dostizheniya nauki i tekhniki APK = Achievements of Science and Technology of AIC, 2023, vol. 37, no. 11, pp. 12–17. (In Russian). DOI: 10.53859/02352451_2023_37_11_12.Kaur J., Mudgal G., Chand K., Singh G.B., Perveen K., Bukhari N.A., Debnath S., Mohan T.C., Charukesi R., Singh G. An exopolysaccharide-producing novel Agrobacterium pusense strain JAS1 isolated from snake plant enhances plant growth and soil water retention // Scientific Reports. 2022. Vol. 12. N 1. P. 21330. DOI: 10.1038/s41598-022-25225-y.Kaur J., Mudgal G., Chand K., Singh G.B., Perveen K., Bukhari N.A., Debnath S., Mohan T.C., Charukesi R., Singh G. An exopolysaccharide-producing novel Agrobacterium pusense strain JAS1 isolated from snake plant enhances plant growth and soil water retention. Scientific Reports, 2022, vol. 12, no. 1, p. 21330. DOI: 10.1038/s41598-022-25225-y.Zhou H., She M., Li Z., Gao L., Gao J., Cai D., Yang Z., Chen S., Ma X. Metabolic pathways of ysnE involved in indole-3-acetic acid synthesis in Bacillus amyloliquefaciens HZ-12 // Acta Microbiologica Sinica. 2023. Vol. 63. N 2. P. 845–854. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20220500.Zhou H., She M., Li Z., Gao L., Gao J., Cai D., Yang Z., Chen S., Ma X. Metabolic pathways of ysnE involved in indole-3-acetic acid synthesis in Bacillus amyloliquefaciens HZ-12. Acta Microbiologica Sinica, 2023, vol. 63, no. 2, pp. 845–854. DOI: 10.13343/j.cnki.wsxb.20220500.Dimopoulou A., Theologidis I., Benaki D., Koukounia M., Zervakou A., Tzima A., Diallinas G., Hatzinikolaou D.G., Skandalis N. Direct Antibiotic Activity of Bacillibactin Broadens the Biocontrol Range of Bacillus amyloliquefaciens MBI600 // mSphere. 2021. Vol. 6. N 4. P. e0037621. DOI: 10.1128/mSphere.00376-21.Dimopoulou A., Theologidis I., Benaki D., Koukounia M., Zervakou A., Tzima A., Diallinas G., Hatzinikolaou D.G., Skandalis N. Direct Antibiotic Activity of Bacillibactin Broadens the Biocontrol Range of Bacillus amyloliquefaciens MBI600. mSphere, 2021, vol. 6, no. 4, p. e0037621. DOI: 10.1128/mSphere.00376-21.Liu J.-s., Xie X.-c., Luo Y.-l., Deng B.-w., Bai Q.-y., Yan M.-c., Bai X. Isolation, Identification, and Biological Characteristics of a Cadmium-Resistant Endophytic Bacteria Bacillus aryabhattai // Biotechnology Bulletin. 2019. Vol. 35. N 2. P. 64–72. DOI: 10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2018-0803.Liu J.-s., Xie X.-c., Luo Y.-l., Deng B.-w., Bai Q.-y., Yan M.-c., Bai X. Isolation, Identification, and Biological Characteristics of a Cadmium-Resistant Endophytic Bacteria Bacillus aryabhattai. Biotechnology Bulletin, 2019, vol. 35, no. 2, pp. 64–72. DOI: 10.13560/j.cnki.biotech.bull.1985.2018-0803.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.