Combined Effect of PGPR Strains Pseudomonas plecoglossicidA 2,4-D and Humic Substances on the Growth, Content of Photosynthetic Pigments and Phytohormones in Wheat Plants in Drought Conditions

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The aim of the study was to study the effect of bacteria that stimulate plant growth and humic substances on the content of chlorophyll, nitrogen balance index, cytokinin concentration, abscisic acid in wheat plants grown in drought conditions. The accumulation of the raw mass of wheat plants during treatment with a strain of Pseudomonas plecoglossicida 2,4-D bacteria and humic substances with a deficiency of soil moisture is shown. Stimulation of plant growth is associated with the activation of root growth, which led to an increase in the nitrogen balance index and chlorophyll concentration in the treated plants. The detected increase in the concentration of chlorophyll in plants treated with P. plecoglossicida 2,4-D correlated with a decrease in the content of abscisic acid in shoots, and in plants treated with humates – with an increase in cytokinins in shoots. A higher efficiency of plant treatment with a combination of bacteria and humic substances than any of them individually may be associated with the additive effect of these treatments on hormonal balance.

About the authors

A. V. Feoktistova

Ufa Institute of biology – Subdivision of the Ufa Federal Research Centre of the RAS

Author for correspondence.
Email: feoktistova.arisha@yandex.ru
Russia, 450054, Ufa, pr. Oktyabrya 69

M. D. Timergalin

Ufa Institute of biology – Subdivision of the Ufa Federal Research Centre of the RAS

Email: feoktistova.arisha@yandex.ru
Russia, 450054, Ufa, pr. Oktyabrya 69

T. V. Rameev

Ufa Institute of biology – Subdivision of the Ufa Federal Research Centre of the RAS

Email: feoktistova.arisha@yandex.ru
Russia, 450054, Ufa, pr. Oktyabrya 69

S. P. Chetverikov

Ufa Institute of biology – Subdivision of the Ufa Federal Research Centre of the RAS

Email: feoktistova.arisha@yandex.ru
Russia, 450054, Ufa, pr. Oktyabrya 69

References

  1. Ruzzi M., Aroca R. Plant growth-promoting rhizobacteria act as biostimulants in horticulture // Sci. Hortic. 2015. V. 196. P. 124–134. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2015.08.042
  2. Backer R., Rokem J.S., Ilangumaran G., Lamont J., Praslickova D., Ricci E., Subramanian S., Smith D.L. Plant growth-promoting rhizobacteria: Context, mechanisms of action, and roadmap to commercialization of biostimulants for sustainable agriculture // Front. Plant Sci. 2018. V. 9. P. 1473. https://doi.org/10.3389/fpls.2018.01473
  3. Kudoyarova. G., Arkhipova T., Korshunova T., Bakaeva M., Loginov O., Dodd I.C. Phytohormone mediation of interactions between plants and non-symbiotic growth promoting bacteria under edaphic stresses // Front. Plant Sci. 2019. V. 10. P. 1368. https://doi.org/10.3389/fpls.2019.01368
  4. Richardson A.E., Barea J.M., Mc Neill A.M., Prigent-Combaret C. Acquisition of phosphorus and nitrogen in the rhizosphere and plant growth promotion by microorganisms // Plant Soil. 2009. V. 321. P. 305–339. https://doi.org/10.1007/s11104-009-9895-2
  5. Kudoyarova G.R., Vysotskaya L.B., Arkhipova T.N., Kuzmina L.Y., Galimsyanova N.F., Sidorova L.V., Gabbasova I.M., Melentiev A.I., Veselov S.Y. Effect of auxin producing and phosphate solubilizing bacteria on mobility of soil phosphorus, growth rate, and P acquisition by wheat plants // Acta Physiol. Plant. 2017. V. 39. P. 253. https://doi.org/10.1007/s11738-017-2556-9
  6. Meena V.S., Mauryaa B.R., Verma J.P. Does a rhizospheric microorganism enhance K+ availability in agricultural soils? // Microbiol. Res. 2014. V. 169. P. 337–334. https://doi.org/10.1016/j.micres.2013.09.003
  7. Islam M.R., Sultana T., Joe M.M., Yim W., Cho J.-C., Sa T. Nitrogen-fixing bacteria with multiple plant growth-promoting activities enhance growth of tomato and red pepper // J. Basic Microbiol. 2013. V. 53. P. 1004–1015. https://doi.org/10.1002/jobm.201200141
  8. Asari S., Tarkowská D., Rolčík J., Novák O., David Palmero D.V., Bejai S., Meijer J. Analysis of plant growth-promoting properties of Bacillus amyloliquefaciens UCMB5113 using Arabidopsis thaliana as host plant // Planta. 2017. V. 245. P. 15–30.
  9. Bakhshandeh E., Gholamhosseini M., Yaghoubian Y., Pirdashti H. Plant growth promoting microorganisms can improve germination, seedling growth and potassium uptake of soybean under drought and salt stress // Plant Growth Regul. 2020. V. 90. P. 123–136. https://doi.org/10.1007/s10725-019-00556-5
  10. Czarnes S., Mercier P.-E., Lemoine D.G., Hamzaoui J., Legendre L. Impact of soil water content on maize responses to the plant growth-promoting rhizobacterium Azospirillum lipoferum CRT1 // J. Agro. Crop Sci. 2020. V. 206. P. 505–516. https://doi.org/10.1111/jac.12399
  11. Mukhtar T., Rehman S., Smith D., Sultan T., Seleiman M.F., Alsadon A.A. Mitigation of heat stress in Solanum lycopersicum L. by ACC-deaminase and exopolysaccharide producing Bacillus cereus: Effects on biochemical profiling // Sustainability. 2020. V. 12. P. 2159. https://doi.org/10.3390/su12062159
  12. El-Sayed S.Y.S., Hagab R.H. Effect of organic acids and plant growth promoting rhizobacteria (PGPR) on biochemical content and productivity of wheat under saline soil conditions // Middle East J. Agric. Res. 2020. V. 9. P. 227–242. https://doi.org/10.36632/mejar/2020.9.2.2
  13. Shen J., Guo M., Wang Y., Yuan X., Wen Y., Song X., Dong S., Guo P. Humic acid improves the physiological and photosynthetic characteristics of millet seedlings under drought stress // Plant Signal. Behav. 2020. V. 15. № 8. P. 1774212. https://doi.org/10.1080/15592324.2020.1774212
  14. Canellas L.P., Olivares F.L., Aguiar N.O., Jones D.L., Nebbioso A., Mazzei P. Humic and fulvic acids as biostimulants in horticulture // Sci. Hortic. 2015. V. 196. P. 15–27. https://doi.org/10.1016/j.scienta.2015.09.013
  15. Olaetxea M., De Hita D., Garcia C.A., Fuentes M., Baigorri R., Mora V. Hypothetical framework integrating the main mechanisms involved in the promoting action of rhizospheric humic substances on plant root and shoot-growth // Appl. Soil Ecol. 2017. V. 123. P. 521–537. https://doi.org /https://doi.org/10.1016/j.apsoil.2017.06.007
  16. Nazarov A.M., Garankov I.N., Tuktarova I.O., Salmanova E.R., Arkhipova T.N., Ivanov I.I., Feoktistova A.V., Prostyakova Z.G., Kudoyarova G.R. Hormone balance and shoot growth in wheat (Triticum durum Desf.) plants as influenced by sodium humates of the granulated organic fertilizer // Agricult. Biol. 2020. V. 55. P. 945–955.
  17. Ullah A., Ali M., Shahzad K., Ahmad F., Iqbal S., Rahman M.H.U., Ahmad S., Iqbal M.M., Danish S., Fahad S., Alkahtani J. Impact of seed dressing and soil application of potassium humate on cotton plants productivity and fiber quality // Plants. 2020. V. 9. P. 1444. https://doi.org/10.3390/plants9111444
  18. Olaetxea M., Mora V., Bacaicoa E., Garnica M., Fuentes M., Casanova E., Zamarreño A.M., Iriarte J.C., Etayo D., Ederra I. Abscisic acid regulation of root hydraulic conductivity and aquaporin gene expression is crucial to the plant shoot growth enhancement caused by rhizosphere humic acids // Plant Physiol. 2015. V. 169. P. 2587–2596. https://doi.org/10.1104/pp.15.00596
  19. Tikhonov V.V., Yakushev A.V., Zavgorodnyaya Y.A., Byzov B.A., Demin V.V. Effects of humic acids on the growth of bacteria // Euras. J. Soil Sci. 2010. V. 43. P. 305–313. https://doi.org/10.1134/S1064229310030087
  20. Verbon E.H., Liberman L.M. Beneficial microbes affect endogenous mechanisms controlling root development // Trends Plant Sci. 2016. V. 21. P. 218–229. https://doi.org/10.1016/j.tplants.2016.01.013
  21. Cueva-Yesquén L.G., Goulart M.C., Attili de Angelis D., Nopper Alves M., Fantinatti-Garboggini F. Multiple plant growth-promotion traits in endophytic bacteria retrieved in the vegetative stage from passionflower // Front. Plant Sci. 2021. V. 11. P. 621740. https://doi.org/10.3389/fpls.2020.621740
  22. Feoktistova A., Bakaeva M., Timergalin M., Chetverikova D., Kendjieva A., Rameev T., Hkudaygulov G., Nazarov A., Kudoyarova G., Chetverikov S. Effects of humic substances on the growth of Pseudomonas plecoglossicida 2,4-D and wheat plants inoculated with this strain // Microorganisms. 2022. V. 10. P. 1066. https://doi.org/10.3390/microorganisms10051066
  23. Hai N.N., Chuong N.N., Tu N.H.C., Kisiala A., Hoang X.L.T., Thao N.P. Role and regulation of cytokinins in plant response to drought stress // Plants (Basel). 2020. V. 9. P. 422. https://doi.org/10.3390/plants9040422
  24. Muhammad Aslam M., Waseem M., Jakada B.H., Okal E.J., Lei Z., Saqib H.S.A., Yuan W., Xu W., Zhang Q. Mechanisms of abscisic acid-mediated drought stress responses in plants // Inter. J. Mol. Sci. 2022. V. 23. P. 1084. https://doi.org/10.3390/10.3390/ijms23031084
  25. Chetverikov S.P., Sharipov D.A., Korshunova T.Y., Loginov O.N. Degradation of perfluorooctanyl sulfonate by strain Pseudomonas plecoglossicida 2,4-D // Appl. Biochem. Microbiol. 2017. V. 53. P. 533–538. https://doi.org/10.1134/S0003683817050027
  26. Bakaeva M., Kuzina E., Vysotskaya L., Kudoyarova G., Arkhipova T., Rafikova G., Chetverikov S., Korshunova T., Chetverikova D., Loginov O. Capacity of Pseudomonas strains to degrade hydrocarbons, produce auxins and maintain plant growth under normal conditions and in the presence of petroleum contaminants // Plants. 2020. V. 9. P. 379. https://doi.org/10.3390/plants9030379
  27. Vysotskaya L.B., Korobova A.V., Veselov S.Y., Dodd I.C., Kudoyarova G.R. ABA mediation of shoot cytokinin oxidase activity: assessing its impacts on cytokinin status and biomass allocation of nutrient deprived durum wheat // Funct. Plant Biol. 2009. V. 36. P. 66–72.
  28. Kudoyarova G.R., Melentiev A.I., Martynenko E.V., Arkhipova T.N., Shendel G.V., Kuzmina L.Y., Dodd I.C., Veselov S.Yu. Cytokinin producing bacteria stimulate amino acid deposition by wheat roots // Plant Physiol. Biochem. 2014. V. 83. P. 285–291. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2014.08.015
  29. Nacry P., Canivenc G., Muller B., Azmi A., Onckelen H.V., Rossignol M., Doumas P. A role for auxin redistribution in the response of the root system architecture to phosphate starvation in Arabidopsis // Plant Physiol. 2005. V. 138. P. 2061–2074. https://doi.org/10.1104/pp.105.060061
  30. Yang J., Worley E., Udvardi M. A NAP-AAO3 regulatory module promotes chlorophyll degradation via aba biosynthesis in Arabidopsis leaves // Plant Cell. 2014. V. 26. P. 4862–4874. https://doi.org/10.1105/tpc.114.133769
  31. Belimov A.A., Dodd I.C., Safronova V.I., Dumova V.A., Shaposhnikov A.I., Ladatko A.G., Davies W.J. Abscisic acid metabolizing rhizobacteria decrease ABA concentrations in planta and alter plant growth // Plant Physiol. Biochem. 2014. V. 74. P. 84–91. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2013.10.032
  32. Pizzeghello D., Francioso O., Ertani A., Muscolo A., Nardi S. Isopentenyladenosine and cytokinin-like activity of different humic substances // J. Geochem. Explor. 2013. V. 129. P. 70–75.
  33. Hönig M., Plíhalova L., Husičkova A., Nisler J., Doležal K. Role of cytokinins in senescence, antioxidant defence and photosynthesis // Inter. J. Mol. Sci. 2018. V. 19. P. 4045. https://doi.org/10.3390/ijms19124045
  34. Korobova A.V., Akhiyarova G.R., Veselov S.Y., Kudoyarova G.R., Fedyaev V.V., Farkhutdinov R.G. Participation of nitrate sensor NRT1.1 in the control of cytokinin level and root elongation under normal conditions and nitrogen deficit // Mosc. Univ. Biol. Sci. Bull. 2019. V. 74. P. 221–226. https://doi.org/10.3103/S0096392519040072
  35. Werner T., Nehnevajova E., Köllmer I., Novak O., Strnad M., Krämer U., Schmülling T. Root-specific reduction of cytokinin causes enhanced root growth, drought tolerance, and leaf mineral enrichment in Arabidopsis and Tobacco // Plant Cell. 2010. V. 22. P. 3905–3920. https://doi.org/10.1105/tpc.109.072694
  36. Liu S., Strauss S., Adibi M., Mosca G., Yoshida S., Ioio R.D., Runions A., Andersen T.G., Grossmann G., Huijser P., Smith R.S., Tsiantis M. Cytokinin promotes growth cessation in the Arabidopsis root // Curr. Biol. 2022. V. 32. P. 1974–1985. https://doi.org/10.1016/j.cub.2022.03.019
  37. Jones B.J., Ljung K. Auxin and cytokinin regulate each other’s levels via a metabolic feedback loop // Plant Signal. Behav. 2011. V. 6. P. 901–904. https://doi.org/10.4161/psb.6.6.15323

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2.

Download (551KB)
Indexing metadata
3.

Download (751KB)
Indexing metadata
4.

Download (103KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2023 The Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».