Влияние инокуляции штаммами ризобактерий микрорастений земляники in vitro на их стрессовый ответ при культивировании ex vitro в условиях гидропоники

Актуальность. Предварительная инокуляция микрорастений in vitro рост-стимулирующими микроорганизмами может положительно влиять на их адаптацию к условиям ex vitro. Цель работы – изучение влияния бактеризации микроклонов земляники в культуре in vitro ризосферными штаммами Azospirillum baldaniorum Sp245 и Kocuria rosea T1Ks19 на стрессовый ответ при культивировании ex vitro в условиях гидропоники.

Материалы и методы. В качестве макросимбионтов использовали микрорастения земляники сортов ‘Asia’ и ‘Vima Kimberly’, в качестве микросимбионтов – ризобактерии из коллекции ризосферных микроорганизмов Института биохимии и физиологии растений и микроорганизмов (г. Саратов). Ко-инокуляция бактериями проводилась в условиях in vitro (10⁶ КОЕ/мл), затем 45-суточные растения высаживали в гидропонную установку (ex vitro). В динамике анализировали морфометрические и биохимические показатели растений и количество бактерий на поверхности корней.

Результаты. Инокуляция микрорастений земляники в условиях in vitro штаммами ризобактерий не приводила к контаминации питательной среды. Оба штамма обнаруживались на корнях в течение всего периода адаптации. Бактеризация микрорастений приводила после 20 суток адаптации к снижению длины корней у обоих сортов и количества листьев у растений сорта ‘Vima Kimberly’, но без изменения биомассы побегов. В процессе адаптации у бактеризованных растений в отличие от контрольных лучше поддерживался стабильный уровень фотосинтетических пигментов. У бактеризованных растений к 20-м суткам количество пигментов значительно превышало таковое в контрольных вариантах. Отмечена сортоспецифическая реакция изменения активности антиоксидантных ферментов (пероксидаза, каталаза, аскорбат пероксидаза) и содержания малонового диальдегида.

Заключение. Установлено, что инокуляция in vitro микрорастений земляники ризобактериями приводила к снижению стрессового ответа у растений сортов ‘Asia’ и ‘Vima Kimberly’ на этапе культивирования ex vitro.

1. Arkhipova T.N., Evseeva N.V., Tkachenko O.V., Burygin G.L., Vysotskaya L.B., Akhtyamova Z.A. et al. Rhizobacteria inoculation effects on phytohormone status of potato microclones cultivated in vitro under osmotic stress. Biomolecules. 2020;10(9):1231. DOI: 10.3390/biom10091231

2. Burygin G.L., Kargapolova K.Yu., Kryuchkova Ye.V., Avdeeva E.S., Gogoleva N.E., Ponomaryova T.S. et al. Ochrobactrum cytisi IPA7.2 promotes growth of potato microplants and is resistant to abiotic stress. World Journal of Microbiology and Biotechnology. 2019;35(4):55. DOI: 10.1007/s11274-019-2633-x

3. Cantabella D, Dolcet-Sanjuan R, Teixidó N. Using plant growth-promoting microorganisms (PGPMs) to improve plant development under in vitro culture conditions. Planta. 2022;255(6):117. DOI: 10.1007/s00425-022-03897-0

4. Choi H.G. Correlation among phenotypic parameters related to the growth and photosynthesis of strawberry (Fragaria × ananassa Duch.) grown under various light intensity conditions. Frontiers in Plant Science. 2021;12:647585. DOI: 10.3389/fpls.2021.647585

5. De Moura G., de Barros A., Machado F., da Silva C., Glienke C., Petters-Vandresen D.A.L. et al. The friend within: endophytic bacteria as a tool for sustainability in strawberry crops. Microorganisms. 2022;10(12):2341. DOI: 10.3390/microorganisms10122341

6. Dias A.C.F., Costa F.E.C., Andreote F.D., Lacava P.T., Teixeira M.A., Assumpção L.C., Araújo W.L., Azevedo J.L., Melo I.S. Isolation of micropropagated strawberry endophytic bacteria and assessment of their potential for plant growth promotion. World Journal of Microbiology and Biotechnology. 2009;25(2):189-195. DOI: 10.1007/s11274-008-9878-0

7. Guerrero-Molina M.F., Lovaisa N.C., Salazar S.M., Díaz-Ricci J.C., Pedraza R.O. Elemental composition of strawberry plants inoculated with the plant growth-promoting bacterium Azospirillum brasilense REC3, assessed with scanning electron microscopy and energy dispersive X-ray analysis. Plant Biology (Stuttgart). 2014;16(4):726-731. DOI: 10.1111/plb.12114

8. Hazarika B.N., Teixeira da Silva J.A., Talukdar A. Effective acclimatization of in vitro cultured plants: Methods, physiology and genetics. In: J.A. Teixeira da Silva (ed.). Floriculture, Ornamental and Plant Biotechnology. Vol. 2. Bexhill-On-Sea: Global Science Books; 2006. p.427-438.

9. IBPPM RAS Collection of Rhizosphere Microorganisms: [website]. Available from: http://collection.ibppm.ru [accessed Aug. 17, 2024].

10. Kargapolova K.Yu., Burygin G.L., Tkachenko O.V., Evseeva N.V., Pukhalskiy Ya.V., Belimov A.A. Effectiveness of inoculation of in vitro-grown potato microplants with rhizosphere bacteria of the genus Azospirillum. Plant Cell, Tissue and Organ Culture. 2020;141(2):351-359. DOI: 10.1007/s11240-020-01791-9

11. Ха Т.З., Канарский А.В., Канарская З.А. Щербаков А.В., Щербакова Е.Н. Ключевой стимулятор роста растений – ризобактерии. Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия: Лес. Экология. Природопользование. 2020;3(47):58-73. DOI: 10.25686/2306-2827.2020.3.58

12. Liu S., Strauss S., Adibi M., Mosca G., Yoshida S., Dello Ioio R. et al. Cytokinin promotes growth cessation in the Arabidopsis root. Current Biology. 2022;32(9):1974-1985.e3. DOI: 10.1016/j.cub.2022.03.019

13. Madhavi B.G.K., Kim N.E., Basak J., Choi G.M., Kim H.T. Comparative study of strawberry growth and fruit quality parameters in horizontal and vertical production systems. Horticulture, Environment, and Biotechnology. 2023;64(2):409-419. DOI: 10.1007/s13580-022-00494-8

14. Matora L.Yu., Shvartsburd B.I., Shchegolev S.Yu. Immunochemical analysis of O-specific polysaccharides from the soil nitrogen-fixing bacterium Azospirillum brasilense. Microbiology (Moscow). 1998;67(6):677-681.

15. Mynett K., Podwyszyńska M., Derkowska E., Górnik K., Sas-Paszt L., Wojtania A. Effect of biologically active TotalHumus® and Bacterbase on the growth ex vitro of strawberry, blueberry and hip rose microcuttings. Acta Scientiarum Polonorum, Hortorum Cultus. 2022;21(6):7-20. DOI: 10.24326/asphc.2022.6.1

16. Naing A.H., Kim S.H., Chung M.Y., Park S.K., Kim C.K. In vitro propagation method for production of morphologically and genetically stable plants of different strawberry cultivars. Plant Methods. 2019;15:36. DOI: 10.1186/s13007-019-0421-0

17. Orlikowska T., Nowak K., Reed B.M. Bacteria in the plant tissue culture environment. Plant Cell Tissue and Organ Culture. 2017;128(3):487-508. DOI: 10.1007/s11240-016-1144-9

18. Paliwoda D., Mikiciuk G., Mikiciuk M., Kisiel A., Sas-Paszt L., Miller T. Effects of rhizosphere bacteria on strawberry plants (Fragaria × ananassa Duch.) under water deficit. International Journal of Molecular Sciences. 2022;23(18):10449. DOI: 10.3390/ijms231810449

19. Papadopoulou A., Matsi T., Kamou N., Avdouli D., Mellidou I., Karamanoli K. Decoding the potential of a new Pseudomonas putida strain for inducing drought tolerance of tomato (Solanum lycopersicum) plants through seed biopriming. Journal of Plant Physiology. 2022;271:153658. DOI: 10.1016/j.jplph.2022.153658

20. Sokolova E.A., Mishukova O.V., Hlistun I.V., Tromenschleger I.N., Tikunov A.Y., Manakhov A.D. et al. The effectiveness of co-inoculation by consortia of microorganisms depends on the type of plant and the soil microbiome. Plants (Basel). 2023;13(1):116. DOI: 10.3390/plants13010116

21. Soumare A., Diédhiou A.G., Arora N.K., Al-Ani L.K.T., Ngom M., Fall S. et al. Potential role and utilization of plant growth promoting microbes in plant tissue culture. Frontiers in Microbiology. 2021;12:649878. DOI: 10.3389/fmicb.2021.649878

22. Госсорткомиссия. Каталог селекционных достижений: [сайт]. URL: https://gossortrf.ru/registry/ [дата обращения: 10.02.2025].

23. Степанов В.В., Московенко Н.В. Изучение показателей качества земляники садовой, выращенной путем биотехнологии микроклонирования. Научные труды Кубанского государственного технологического университета. 2016;(14):621-628. URL: https://ntk.kubstu.ru/data/mc/0035/1487.pdf [дата обращения: 03.02.2025]

24. Tkachenko O.V., Evseeva N.V., Kargapolova K.Yu., Denisova A. Yu., Burygin G.L., Pozdnyakova N.N. et al. Application of rhizobacteria Azospirillum baldaniorum Sp245 and Kocuria rosea T1Ks19 to increase the efficiency of potato cultivation in aeroponics. Russian Journal of Plant Physiology. 2023a;70(8):190. DOI: 10.1134/S1021443723602276

25. Ткаченко О.В., Евсеева Н.В., Каргаполова К.Ю. и др. Повышение активности про/антиоксидантной системы микрорастений картофеля ризосферными бактериями в условиях аэропоники. Аграрный научный журнал. 2023b;(3):65-72. DOI: 10.28983/asj.y2023i3pp65-72

26. Tkachenko O.V., Evseeva N.V., Terentyeva E.V., Burygin G.L., Shirokov A., Burov A.М. et al. Improved production of high-quality potato seeds in aeroponics with plant-growth-promoting rhizobacteria. European Potato Journal. 2021;64(1):55-66. DOI: 10.1007/s11540-020-09464-y

27. Vicente-Hernández A., Salgado-Garciglia R., Valencia-Cantero E., Ramírez-Ordorica A., Hernández-García A., García-Juárez P. et al. Bacillus methylotrophicus M4-96 stimulates the growth of strawberry (Fragaria × ananassa ‘Aromas’) plants in vitro and slows Botrytis cinerea infection by two different methods of interaction. Journal of Plant Growth Regulation. 2019;38(3):765-777. DOI: 10.1007/s00344-018-9888-6

28. Wang K., He W., Ai Y., Hu J., Xie K., Tang M. et al. Optimizing seed potato production by aeroponics in China. Philippine Journal of Crop Science. 2017;42(1):69-74.

29. Wellburn A.R. The spectral determination of chlorophylls a and b, as well as total carotenoids, using various solvents with spectrophotometers of different resolution. Journal of Plant Physiology. 1994;144(3):307-313. DOI: 10.1016/S0176-1617(11)81192-2