Effect of Bacillus subtilis in combination with chitosan salicylate on peroxidase and catalase activity in B. sorokiniana infected wheat

Cover Page

Cite item

Full Text

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

Abstract

The aim of the work was to study the effect of Bacillus subtilis strains VKM B‑2604D and VKM B‑2605D  which form the basis of the Vitaplan biological product, and their combinations with chitosan salicylate on antioxidant defense enzymes in the process of formation of resistance of wheat plants to infection with the dark brown blotch pathogen Bipolaris sorokiniana. In wheat plants treated with B. subtilis strains and their combinations with chitosan salicylate, upon subsequent infection, catalase and peroxidase are activated, which regulate the intensity of oxidative stress induced by the introduction of the pathogen. Taking into account the data obtained by us, it can be assumed that the increase in plant resistance to the pathogen is realized through the control of the activity of antioxidant enzymes (in particular, catalase, peroxidase), which maintain the concentration of H2O2 at the level necessary for the neutralization of the phytopathogen in tissues, including the direct destruction of the invading pathogen and / or activation of crosslinking and lignification of the cell wall. These processes strengthen the cell wall and help contain the spread of the pathogen in the plant. At the same time, protective reactions are also switched on, leading to the development of induced resistance in wheat plants to dark brown spotting, which manifests itself in a decrease in the development of the disease by 25–45% relative to the infected control in the treated plants. The obtained results indicate that the combination of active strains of microorganisms-antagonists of plant pathogens and chitosan salicylate is promising for increasing the biological efficiency and expanding the spectrum of action of the developed prescription forms of biological products.

Full Text

Restricted Access

About the authors

I. I. Novikova

All-Russian Research Institute of Plant Protection

Email: krasnobaeva08@mail.ru
Russian Federation, 196608, St. Petersburg, Pushkin

E. V. Popova

All-Russian Research Institute of Plant Protection

Email: krasnobaeva08@mail.ru
Russian Federation, 196608, St. Petersburg, Pushkin

N. M. Kovalenko

All-Russian Research Institute of Plant Protection

Email: krasnobaeva08@mail.ru
Russian Federation, 196608, St. Petersburg, Pushkin

I. L. Krasnobaeva

All-Russian Research Institute of Plant Protection

Author for correspondence.
Email: krasnobaeva08@mail.ru
Russian Federation, 196608, St. Petersburg, Pushkin

References

  1. Павлюшин В. А., Лысов А. К. // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2019. Т. 16. № 3. С. 69–78. https://doi.org/10.21046/2070-7401-2019-16-3-69-78
  2. Павлюшин В. А., Новикова И. И., Бойкова И. В. // Сельскохозяйственная биология. 2020. Т. 55. № 3. С. 421–438. https://doi.org/10.15389/agrobiology.2020.3.421rus
  3. Штерншис М. В., Беляев А. А., Цветкова В. П., Шпатова Т. В., Леляк А. А., Бахвалов С. А. Биопрепараты на ос-нове бактерий рода Bacillus для управления здоровьем растений. Новосибирск: Изд-во Сибирского отделения Российской академии наук, 2016. 284 с.
  4. Новикова И. И., Бойкова И. В., Павлюшин В. А., Зейрук В. Н., Васильева С. В., Азизбекян Р. Р., Кузнецова Н. И. // Вестник защиты растений. 2013. № 4. С. 12–21.
  5. Сидорова Т. М., Асатурова А. М., Хомяк А. И. // Сельскохозяйственная биология. 2018. Т. 53. № 1. С. 29–37. https://doi.org/10.15389/agrobiology.2018.1.29rus
  6. Максимов И. В., Сингх Б. П., Черепанова Е. А., Бурханова Г. Ф. // Прикл. биохимия и микробиология. 2020. Т. 56. № 1. С. 19–34. https://doi.org/10.31857/S055510 9920010134
  7. Черепанова Е. А., Благова Д. К., Бурханова Г. Ф., Сарварова Е. С. // Экобиотех. 2019. Т. 2. № 3. С. 339–346. https://doi.org/10.31163/2618-964X 2019-2-3-339-346
  8. Vlot A. C., Sales J. H., Lenk M., Bauer K., Brambilla A. et al. // New Phytol. 2020. V. 229. № 3. P. 1234–1250. https://doi.org/10.1111/nph.1695.3
  9. Jiao X., Takishita Y., Zhou G., Smith D. L. // Front. Plant. Sci. 2021. № 12. P. 1–8. https://doi.org/10.3389/fpls.2021.634796
  10. Zehra A., Raytekar N. A., Meena M., Swapnil P. // Cur. Res. Microb. Sci. 2021. № 2. P. 1–14. https://doi.org/10.1016/j.crmicr.2021.100054
  11. Wang X. Q., Zhao D. L., Shen L. L., Jing C. L. Application and Mechanisms of Bacillus subtilis in Biological Control of Plant Disease / Ed. V. S. Meena. Springer Singapore, 2018. P. 225–250. https://doi.org/10.1007/978–981–10–8402–7–9
  12. Максимов И. В., Веселова С. В., Нужная Т. В., Сарварова Е. Р., Хайрулин Р. М. // Физиология растений. 2015. Т. 62. № 6. С. 763–775. https://doi.org/10.7868/s0015330315060111
  13. Новикова И. И. // Вестник защиты растений. 2016. Т. 83. № 3. С. 120–122.
  14. Chowdhury S. P., Hartmann A., Gao X. W., Borriss R. // Front Microbiol. 2015. № 6. P. 780. https://doi.org/10.3389/fmicb.2015.00780
  15. Павлюшин В. А., Тютерев С. Л., Новикова И. И., Попова Э. В. и др. // Доклады РАСХН. 2004. № 6. С. 17–21.
  16. Павлюшин В. А., Тютерев С. Л., Попова Э. В., Новикова И. И., Быкова Г. А., Домнина Н. С. // Биотехнология. 2010. № 4. С. 69–80.
  17. Колесников Л.Е., Новикова И. И., Сурин В. Г., Попова Э. В., Прияткин Н. С., Колесникова Ю. Р. // Прикл. биохимия и микробиология 2018. Т. 54. № 5. С. 546–552. https://doi.org/10.1134/S0555109918050082
  18. Yin H., Li Y., Zhang H. Y., Wang W. X., Lu H., Grevsen K. et al. // Int. J. Plant Sci. 2013. V. 174. № 4. P. 722–732. https://doi.org/org/10.1086/669721
  19. Deepmala K., Hemantaranjan A., Bharti S., Nishant Bhanu A. //Advances in Plants & Agriculture Research. 2014. V. 1. № 1. P. 23–30 https://doi.org/10.15406/apar.2014.01.00006
  20. Колесников Л. Е., Попова Э. В., Новикова И. И., Прияткин Н. С., Архипов М. В., Колесникова Ю. Р. и др. // Сельско-хозяйственная биология. 2019. Т. 54. № 5. С. 1024–1040. https://doi.org/10.15389/agrobiology.2019.5.1024rus
  21. Van Loon L. C. // Eur. J. Plant Pathol. 2007. V. 119. № 3. P. 243–254. https://doi.org/10.1007/s10658-007-9165-1
  22. De Vleesschauwer D., Höfte M. // Advances in Botanical Research. 2009. № 51. P. 223–281. https://doi.org/10.1016/S0065-2296(09)51006-3
  23. Veselova S. V., Nuzhnaya T. V., Maksimov I. V. In: Jasmonic Acid: Biosynthesis, Functions and Role in Plant Development / Еd. L. Morrison, N.Y.: Nova Sciense, 2015. P. 33–66.
  24. Ryu C. M., Farag M. A., Hu C. H., Reddé M. S., Kloepper J. W., Paré P. W. // Plant Physiology. 2004. V. 134. № 3. P. 1017–1026. https://doi.org/10.1104/pp.103.026583
  25. Farag M. A., Zhang H., Ryu C. M. // J. Chem. Ecol. 2013. V. 39. P. 1007‒1018. https://doi.org/10.1007/s10886-013-0317-9.
  26. Kavitha K., Nakkeeran S., Chandrasekar G. // Arch. Phytopathol. Plant Protect. 2012. V. 45. P. 199–219.
  27. Torres M. A. // Physiologia Plantarum. 2010. V. 138. № 4. P. 414–429. https://doi.org/10.1111/j.1399-3054.2009.01326.x
  28. Yarullina L. G., Kasimova R. I., Ibragimov R. I., Akhatova A. R., Umarov I. A., Maksimov I. V. // Appl. Biochem. Microbiol. 2016. V. 52. № 1. P. 71–78. https://doi.org/10.1134/S0003683816010154
  29. Choi H. W., Klessig D. F. // BMC Plant Biol. 2016. V. 16. № 1. P. 232.https://doi.org/10.1186/s12870–016–0921–2
  30. Максимов И. В., Абизгильдина Р. Р., Сорокань А. В., Бурханова Г. Ф. // Прикл. биохимия и микробиология. 2014. Т. 50. № 2. С. 197–202.
  31. Радюкина Н. Л., Михеева Л. Е., Карбышева Е. А. // Успехи современной биологии. 2019. Т. 139. № 3. С. 254–266. https://doi.org/10.1134/S0042132419030062
  32. Тютерев С. Л. Научные основы индуцированной устойчивости растений. СПб: Наука, 2002. 328 с.
  33. Radhakrishnan R., Shim K. B., Lee B. W., Hwang C. D., Pae S. B., Park C. H. et al. // J. Microbiol. Biotechnol. 2013. V. 23. № 6. P. 856–863. https://doi.org/10.4014/jmb.1209.09045
  34. Kang S. M, Radhakrishnan R., Lee I. J. // World J. Microbiol. Biotechnol. 2015. V. 31. № 10. P. 1517–1527. https://doi.org/10.1007/s11274-015-1896-0
  35. Chowdappa P., Kumar S. M., Lakshmi M. J., Mohan S. P., Upreti K. K. // Biol. Control. 2013. № 65. P. 109–117.
  36. Rais A., Jabeen Z., Shair F., Hafeez F. Y., Hassan M. N. // PLoS One. 2017. V. 12. № 11. P. e0187412. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0187412
  37. Jayapala N., Mallikarjunaiah N., Puttaswamy H., Gavirangappa H., Ramachandrappa N. S. // J. Biol. Pest Control. 2019. № 29. P. 45.
  38. Jain S., Vaishnav A., Kumari S., Varma T., Tuteja N., Kumar Choudhary D. // J. Plant Growth Regul. 2017. № 36. P. 200–214.
  39. Fang Chen, Min Wang, Yu Zheng, Jianmei Luo, Xiurong Yang, Xuelian Wang. // World J. Microbiol. Biotechnol. 2010. V. 26. № 4. P. 675–684. https://doi.org/10.1007/s11274-009-0222-0222-0
  40. Nandeeshkumar P., Ramachandrakini K., Prakash H. S., Niranjana S. R., Shekar Shetty H. // J. Plant Interact. 2008. № 3. P. 255–262.
  41. Duveiller E., Chand R., Singh H. V., Joshi A. K. // Plant Pathology Journal. 2002. V. 18. № 6. P. 328–332. https://doi.org/10.5423/PPJ.2002.18.6.328
  42. Попова Э. В., Домнина Н. С., Сокорнова C. В., Коваленко Н. М., Тютерев С. Л. // Сельскохозяйственная биология. 2021. Т. 56. № 1. С. 158–170. https://doi.org/10.15389/agrobiology.2021.1.158rus
  43. Новиков Н. Н., Таразанова Т. В. Лабораторный практикум по биохимии растений: Учебное пособие. М.: Издатель-ство РГАУ-МСХА им. К. А. Тимирязева, 2012. 97 с.
  44. Ермаков А. И., Арасимович В. В., Ярош Н. П., Перуанский Ю. В., Луковникова Г. А., Иконникова М. И. Методы биохимического исследования растений. Л.: Агропромиздат, 1987. 429 с.
  45. Yin H., Li Y., Zhang H. Y., Wang W. X., Lu H., Grevsen K., Zhao X., Du Y. // Int. J. Plant Sci. 2013. V. 174. № 4. P. 722–732. https://doi.org/10.1086/669721
  46. Yafei C., Yong Z., Xiaoming Z., Peng G., Hailong A., Yuguang D., Yingrong H., Hui L., Yuhong Z. // Plant Physiol. Biochem. 2010. V. 47. P. 724–731.
  47. Zurbriggen M.D., Carrillo N., Hajirezael M. R. // Plant Signaling and Behavior. 2010. № 5. P. 393–396. https://doi.org/10.4161/psb.5.4.10793
  48. Ahanger R. A., Bhat H. A., Ganie S. A., Lone A. A., Bhat T. A., Wani I. A. et al. // Inter. J. Pharmacy Review & Research. 2014. V. 4. № 1. P. 68–74.
  49. Ali M., Cheng Z., Ahmad H., Hayat S. // J. Plant Interactions. 2018 V. 13. № 1. P. 353–363. https://doi.org/10.1080/17429145.2018.1484188
  50. Quan L-J., Zhang B., Shi W.-W., Li H.-Y. // J. Integr. Plant Biol. 2008. V. 50. № 1. P. 2–18. https://doi.org/10.1111/j.1744–7909.2007.00599.x
  51. Gupta D., Pena L., Romero-Puertas M., Hernandez A., Inouhe M, Sandalio L. // Plant Cell Environ. 2017. V. 40. № 4. P. 509–526. https://doi.org/10.1111/pce.12711
  52. Schmitt F.-J., Renger G., Friedrich T., Kreslavski V. D., Zharmukhamedov S. K., Los D. A. et al. // Biochim. Biophysю Acta. 2014. V. 1837. № 6. P. 835–848. https://doi.org/10.1016/j.bbabio.2014.02.005
  53. Vellosillo T., Vicente J., Kulasekaran S., Hamberg M., Castresana C. // Plant Physiology. 2010. V.154. № 2. P. 444–448. https://doi.org/10.1104/pp.110.161273
  54. Jindrichova B., Fodor J., Šindelářová M., Burketova L., Valentova O. // Environ. Exper. Bot. 2011. V. 72. № 2. P. 149–156. https://doi.org/10.1016/j.envexpbot.2011.02.018
  55. Gill S. S., Tuteja N. // Plant Physiol. Biochem. 2010. V. 48. № 12. P 909–930. https://doi.org/10.1016/j.plaphy.2010.08.016
  56. Максимов И. В., Черепанова Е. А. // Успехи современной биологии. 2006. № 126. С. 250–261.
  57. Rashad Y. M., Abdalla S. A., Sleem M. M. // Plants. 2022. V.11. № 15. P. 2051. https://doi.org/10.3390/plants11152051
  58. Roohallah S.-R., Fariba F., Mojtaba M.-E. // J. Crop. Prot. 2020. V. 9. № 1. P. 1–16.
  59. Озерецковская О. Л., Васюкова Н. И. // Физиология растений. 2006. Т. 53. № 4. С. 546–553.
  60. Omara R., Essa T., Khalil A., Elsharkawy M. // Egyptian Journal of Biological Pest Control. 2020. V. 30. P. 83. https://doi.org/10.1186/s41938-020-00284-3
  61. Hung K. T., Hsu Y. T., Kao C. H. // Physiol. Plant. 2006. V. 127. № 2. P. 293–303. https://doi.org/1399-3054.2006.00662.xhttps://doi.org/10.1111/j
  62. Dieryckx C., Gaudin V., Dupuy J.-W., Bonneu M., Girard V., Job D. // Frontier in Plant Science. 2015. № 6. P. 859–867. https://doi.org/10.3389/fpls.2015.00859
  63. Zakariyya F., Wahyu Susilo A., Iman Santoso T., Susilo Addy H., Pancaningtyas S. // Pelita Perkebunan (a Coffee and Cocoa Research Journal). 2018. V. 34. № 1. P. 33–39. https://doi.org/10.22302/iccri.jur.pelitaperkebunan.v34i1.305
  64. Васюкова Н. И., Озерецковская О. Л., Чаленко Г. И., Герасимова Н. Г., Львова A. А., Ильина А. В. и др. // Прикл. биохимия и микробиология. 2010. Т. 46. № 3. С. 379–384.
  65. Яруллина Л. Г., Бурханова Г. Ф., Цветков В. О., Черепанова Е. А., Заикина Е. А., Сорокань А. В. и др. // Прикл. био-химия и микробиология. 2022. Т. 58. № 2. С. 185–194. https://doi.org/10.31857/S0555109922020179

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download
2. Fig. 1. The intensity of development (%) of yellow rust compared to the control (1) when using the CL of B. subtilis strains VKM B 2604D and VKM B 2605D (2), Vitaplan SP (3), 0.1 CX (4), CL of B. subtilis strains VKM B 2604D and VKM B 2605D + 0.1 CX (5) and a composition of CL of B. subtilis strains VKM B 2604D and VKM B 2605D + 0.1 CX (6) (2020).

Download (621KB)
Indexing metadata
3. Fig. 2. Effect of B. sorokiniana infection of wheat leaves treated with B. subtilis strains and their combinations with SC on CAT activity (μmol H2O2/min/g fresh leaf weight) (a) and PO (conventional units/g fresh leaf weight) (b): I — infected control; II — CL of B. subtilis strains VKM B 2604D + VKM B 2605D; III — CL of B. subtilis strains VKM B 2604D + VKM B 2605D + 0.1% SC; IV — composition: CL of B. subtilis strains VKM B 2604D + VKM B 2605D + 0.1% SC; V — 0.1% SC; VI — uninfected control.

Download (465KB)
Indexing metadata

Copyright (c) 2024 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».