Zastosowanie drobnoustrojów o działaniu synergistycznym w procesie biologicznego wiązania azotu

• Autorzy: Waraczewska Z. , Niewiadomska A. , Kosicka-Dziechciarek D.

Warianty tytułu

EN

The use of synergistic microorganisms in the process of nitrogen biological fixation

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W ostatnich latach wzrosło zainteresowanie optymalizacją i zwiększeniem biologicznego wiązania azotu przez układy symbiotyczne z równoczesną poprawą właściwości chemicznych, biologicznych i fizycznych gleby. Cele te mogą być realizowane w ramach zielonej biotechnologii, w tym przez wykorzystanie mikroorganizmów stymulujących wzrost roślin, tzw. PGPR (ang. Plant Growth Promoting Rhizobacteria), poprzez zastosowanie koinokulacji (jednoczesnego szczepienia) makrosymbiontów (roślin) odpowiednim szczepem z rodziny Rhizobiaceae oraz endofitem o działaniu synergistycznym. Bakterie z grupy PGPR, stosowane do koinokulacji w uprawach roślin bobowatych mogą wpływać na rośliny bezpośrednio m.in. poprzez dostarczanie pokarmu roślinom, a także pośrednio przez indukuję odporności roślin na patogeny i szkodniki. Ponadto endofity mają zdolność wydzielania regulatorów wzrostu, takich jak auksyny, gibereliny czy cytokininy, które mają wpływ na zwiększenie wydajności diazotrofii. Poprzez zastosowanie koinokulacji obserwuje się zwiększenie liczby brodawek, wzmocnienie kolonizacji korzenia przez bakterie z rodziny Rhizobiaceae oraz wzrost poziomu aktywności nitrogenazy. Potencjał PGPR wykorzystywanych w układach symbiotycznych jest szeroko udokumentowany w licznych pracach naukowych, ale nie został dotychczas dostatecznie wykorzystany. Niniejszy przegląd literatury ma na celu przedstawienie i usystematyzowanie dotychczasowej wiedzy dotyczącej wpływu koinokulacji roślin na wydajność procesu biologicznego wiązania azotu.

EN

In recent years, researchers have increasingly focused their interests on searching for products allowing optimisation and enhancement of biological nitrogen fixation with the assistance of symbiotic systems accompanied by a simultaneous improvement of soil chemical, biological and physical properties. “Green biotechnology” confronted these issues indicating possibilities of utilisation of microorganisms stimulating plant growth, the so called Plant Growth Promoting Rhizobacteria (PGPR) employing coinoculation (simultaneous inoculation) of (plant) macrosymbionts with an appropriate strain from the Rhizobiaceae family and an endophytic bacteria characterised by synergistic action. Bacteria from the PGPR group employed for the coinoculation of legume plants affect these plants directly, among others, by supplying nutrients for plants as well as indirectly by inducing plant resistance against patogens and pests. In addition, endophytes are capable of secreting growth regulators such as auxins, gibberellins or cytokinins, which can exert impact on increased diazotroph efficiency. Application of coinoculation results in amplified numbers of nodules, strengthening of root colonisation with bacteria from the Rhizobiaceae family and in increased levels of nitrogenase activity. Potentials of PGPR group employed in symbiotic systems have been documented extensively in numerous scientific publications but until now these capabilities have not been sufficiently utilised. The discussed literature review aims at presenting and systematising our current knowledge regarding influence of plant coinoculation on the optimisation of the biological nitrogen fixation process.

Słowa kluczowe

PL

diazotrofia; koinokulacja; mikroorganizmy stymulujące wzrost roślin; PGPR; Rhizobium

EN

coinoculation; diazotroph; endophyte; Plant Growth Promoting Rhizobacteria; Rhizobium

• Wydawca: Wydawnictwo ITP
• Czasopismo: Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie
• Rocznik: 2017
• Tom: T. 17, z. 2
• Strony: 157--168
• Opis fizyczny: Bibliogr. 48 poz.

Twórcy

autor

Waraczewska Z.

• Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, Wydział Rolnictwa i Bioinżynierii, Katedra Mikrobiologii Ogólnej i Środowiskowej, ul. Szydłowska 50, 60-656 Poznań

autor

Niewiadomska A.

• Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, Wydział Rolnictwa i Bioinżynierii, Katedra Mikrobiologii Ogólnej i Środowiskowej

autor

Kosicka-Dziechciarek D.

• Uniwersytet Przyrodniczy w Poznaniu, Wydział Rolnictwa i Bioinżynierii, Katedra Mikrobiologii Ogólnej i Środowiskowej

Bibliografia

• BADURA L. 2006. Czy mikroorganizmy są niezbędne dla życia roślin [Are microorganisms Essentials for plant life]. W: Materials of National Symposium on Microbiology. Red. W. Barabasz. Kraków. AR s. 5–6.
• BASTIÁN F., COHEN A., PICCOLI P., LUNA V., BOTTINI R., BARALDI R. 1998. Production of indole-3-acetic acid and gibberellins A1 and A3 by Acetobacter diazotrophicus and Herbaspirillum seropedicae in chemically-defined culture media. Plant Growth Regulation. Vol. 24(1) s. 7–11.
• BIELIŃSKA E.J., ŻUKOWSKA G. 2002. Aktywność proteazy i ureazy w glebie lekkiej użyźnionej osadem ściekowym [The activity of protease and urease in light soil fertilized with sewage sludge]. Acta Agrophysica. T. 70 s. 41–47.
• BONILLA I., BOLAÑOS L. 2009. Mineral nutrition for legume-rhizobia symbiosis: B, Ca, N, P, S, K, Fe, Mo, Co, and Ni. A review. Organic farming, pest control and remediation of soil pollutants. Red. E. Lichtfouse. Dordrecht. Springer. Vol. 1. s. 253–274.
• BOTTINI R., CASSÁN F., PICCOLI P. 2004. Gibberellin production by bacteria and its involvement in plant growth promotion and yield increase. Applied Microbiology and Biotechnology. Vol. 65(5) s. 497–503.
• BROWN P.H., BELLALOUI N., WIMMER M.A., BASSI E.S., RUIZ J., HU H., PFEFFER H., DANNEL F., RÖMHELD V. 2002. Boron in plant biology. Plant Biology. Vol. 4 s. 205–223.
• BUCHER M. 2007. Functional biology of plant phosphate uptake at root and mycorrhiza interfaces. New Phytollogist. Vol. 173(1) s. 11–26.
• CHENG Q. 2008. Perspectives in biological nitrogen fixation research. Journal of Integrative Plant Biology. Vol. 50(7) s. 786–798.
• EGAMBERDIEVA D., BERG G., LINDSTRÖM K., RÄSÄNEN L.A. 2010. Co-inoculation of Pseudomonas spp. with Rhizobium improves growth and symbiotic performance of fodder galega (Galega orientalis Lam.). European Journal of Soil Biology. Vol. 46(3) s. 269–272.
• FERNANDEZ-PIÑAS F., MATEO P., BONILLA I. 1995. Cadmium toxicity in Nostoc UAM208: Protection by calcium. New Phytologist. Vol. 131(3) s. 403–407.
• GLICK B.R. 2012. Plant growth-promoting bacteria: Mechanisms and applications. Scientifica. ID 963401 ss. 15.
• GLICK B.R. 2014. Bacteria with ACC deaminase can promote plant growth and help to feed the world. Microbiological Research. Vol. 169(1) s. 30–39.
• GULDEN R.H., VESSEY J.K. 1997. The stimulating effect of ammonium on nodulation in Pisum sativum L. is not long lived once ammonium supply is discontinued. Plant Soil. Vol. 195(1) s. 195–205.
• HONTZEAS N., HONTZEAS C.E., GLICK B.R. 2006. Reaction mechanisms of the bacterial enzyme 1-aminocyclopropane- 1-carboxylate deaminase. Biotechnology Advances. Vol. 24(4) s. 420–426.
• HUNGRIA M., NOGUEIRA M. A., ARAUJO R.S. 2013. Co-inoculation of soybeans and common beans with rhizobia and azospirilla: strategies to improve sustainability. Biology and Fertility of Soils. Vol. 49(7). s. 791–801.
• JANKIEWICZ U. 2010. Bioaktywne metabolity ryzosferowych bakterii Pseudomonas [Bioactive metabolites the rhizosphere Pseudomonas bacteria]. Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie. T. 10. Z. 2(30) s. 83–92.
• KACPRZAK P., MACIOSZEK V.K., KONOWICZ A.K. 2011. Indukowana odporność systemiczna ISR w ochronie roślin przed patogennymi grzybami [Induced systemic resistance ISR in plant protection against pathogenic fungi]. Postępy Biologii Komórki. T. 38. Nr 1. s. 129–142.
• KALITKIEWICZ A., KĘPCZYŃSKA A. 2008. Wykorzystanie ryzobakterii do stymulacji wzrostu roślin [The use of rhizobacteria in plant growth promoting proces]. Biotechnologia. Vol. 2(81) s. 102–114.
• KIDAJ D. 2004. Bionawozy zawierające rizobiowe czynniki Nod jako nowy trend w uprawie roślin motylkowatych [Organic fertilizers containing Rhizobium Nod factors as a new trend in the cultivation of plants legume] [online]. [Dostęp 13.10.2016]. Dostępny w Internecie: http://www.rsi2004.lubelskie.pl/doc/sty5/art/Kidaj_D_art
• KING R.W., EVANS L.T. 2003. Gibberellins and flowering of grasses and cereals: prizing open the lid of the “florigen” black box. Annual Review of Plant Biology. Vol. 54(1) s. 307–328.
• KLAMA J., NIEWIADOMSKA A., WOLNA-MARUWKA A. 2010. Koinokulacja in vitro siewek kukurydzy bakteriami diazotroficznymi [In vitro co-inoculation of maize seedlings with diazotrophic bacteria]. Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie. T. 10. Z. 2(30) s.103–110.
• KOZŁOWSKI S., SWĘDRZYŃSKI A., ZIELEWICZ W. 2011. Rośliny motylkowe w środowisku przyrodniczym [Leguminous plants in communities of the Molinio-Arrhenatheretea class in lowlands and mountains]. Woda-Środowisko-Obszary Wiejskie. T. 11. Z 3(35) s. 161–181.
• KRÓL M.J. 2003. Interakcje Azospirillum spp. z mikroorganizmami glebowymi [Interaction of Azospirillum spp. from soil microorganisms]. Postępy Nauk Rolniczych. Vol. 5. Nr 50 s. 3–13.
• LI J., OVAKIM D. H., CHARLES T. C., GLICK, B. R. 2000. An ACC deaminase minus mutant of Enterobacter cloacae UW4No longer promotes root elongation. Current Microbiology. Vol. 41(2) s. 101–105.
• LORKIEWICZ Z. 1994. Konkurencja Rhizobium w brodawkowaniu roślin motylkowatych [Competition of nodulation Rhizobium in legume plants]. Postępy Mikrobiologii. T. 33. Nr 2 s. 137–146.
• MASCIARELLI O., LIANES A., LUNA V. 2014. A new PGPR co-inoculated with Bradyrhizobium japonicum enhances soybean nodulation. Microbiological Research. Vol. 169 (7–8) s. 609–615.
• MUNOZ-ROJAS J., FUENTES-RAMÍREZ L.E., CABALLERO-MELLADO J. 2005. Antagonism among Gluconacetobacter diazotrophicus strains in culture media and in endophytic association. FEMS Microbiology Ecology. Vol. 54(1) s. 57–66.
• NIEWIADOMSKA A. 2013. Ocena wpływu nawozu PRP SOL i koinokulacji bakteriami na proces diazotrofii, aktywność biologiczną i właściwości fizykochemiczne gleby oraz kondycję i plon koniczyny i lucerny [Assessment of the impact of PRP SOL fertilizer and coinoculation on the process diazotrophy, biological and chemical properties of soil and crop condition under clover and alfalfa cultivation]. Rozprawy Naukowe. Nr 462. Poznań. Wydaw. UP w Poznaniu. ISBN 978-83-7160-710-3 ss. 106.
• NIEWIADOMSKA A., SAWICKA A. 2005. Diazotrofia – charakterystyka układu symbiotycznego roślin motylkowatych – Rhizobia. W: Rośliny motylkowe w rolnictwie polskim: Genetyka, hodowla, uprawa i użytkowanie [Diazotroph – characteristics of the symbiotic legume – Rhizobium. In: Leguminous plants in Polish agriculture: Genetics, breeding, cultivating and using]. Materiały Konferencji Naukowej. Poznań. Wydaw. AR im. Augusta Cieszkowskiego w Poznaniu s. 83–94.
• NIEWIADOMSKA A., SWĘDRZYŃSKA D. 2011. Effect of the co-inoculation of lucerne (Medicago sativa L.) with Sinorhizobium meliloti and Herbaspirillum frisingense in relation to the interactions between bacterial strain. Archives of Environmental Protection. Vol. 37(4) s. 37–48.
• OWEN D., WILLIAMS A.P., GRIFFITH G.W., WITHERS P.J.A. 2015. Use of commercial bio-inoculants to increase agricultural production through improved phosphrous acquisition. Applied Soil Ecology. Vol. 86 s. 41–54.
• PASSAM H.C., KARAPANOS I.C., BEBELI P.J., SAVVAS D. 2007. A review of recent research on tomato nutrition, breeding and post-harvest technology with reference to fruit quality. The European Journal of Plant Science and Biotechnology. Vol. 1(1) s. 1–21.
• PATTEN C.L., GLICK B.R. 2002. Role of Pseudomonas putida indoleacetic acid in development of the host plant root system. Applied and Environmental Microbiology. Vol. 68(8) s. 3795–3801.
• PERSELLO-CARTIEAUX F., NUSSAUME L., ROBAGLIA C. 2003. Tales from the underground: Molecular. Plant, Cell and Environment. Vol. 26(2) s. 189–199.
• SANTOYO G., OROZCO-MOSQUEDA M.C., GOVINDAPPA M. 2012. Mechanisms of biocontrol and plant growth-promoting activity in soil bacterial species of Bacillus and Pseudomonas: A review. Biocontrol Science and Technology. Vol. 22(8) s. 855–872.
• SÁNCHEZ A.C., GUTIÉRREZ R.T., SANTANA R.C., URRUTIA A.R., FAUVART M., MICHIELS J., VANDERLEYDEN J. 2014. Effects of co-inoculation of native Rhizobium and Pseudomonas strains on growth parameters and yield of two contrasting Phaseolus vulgaris L. genotypes under Cuban soil conditions. European Journal of Soil Biology. Vol. 62 s. 105–112.
• SINGH M., KUMAR N., KUMAR S., LAL M. 2015. Effect of co-inoculation of b. Japonicum, psb and an fungi on microbial biomass carbon, nutrient uptake and yield of soybean (Glycine max L. Merril). Agriways. Vol. 3(1) s. 14–18.
• SUBRAMANIAN P., KIM K., KRISHNAMOORTHY R., SUNDARAM S., SA T. 2015. Endophytic bacteria improve nodule function and plant nitrogen in soybean on co-inoculation with Bradyrhizobium japonicum MN110. Plant Growth Regulation. Vol. 76(3) s. 327–332.
• SYMANOWICZ B., PALA J., KALEMBASA S. 2005. Wpływ procesu biologicznej redukcji N2 na pobieranie azotu przez rutwicę wschodnią (Galega orientalis) [Influence of biological reduction of N2 on the uptake of nitrogen by goat’s rue (Galega orientalis Lam.)]. Acta Scientiarum Polonorum. Agricultura. Vol. 4(2) s. 93–99.
• VAN LOON L.C. 2007. Plant response to plant growth-promoting bacteria. European Journal of Plant Pathology. Vol. 119(3) s. 243–254.
• VIEIRA R.F., CARDOSO E.J.B.N., VIEIRA C., CASSINI S.T.A. 1998. Foliar application of molybdenum in common beans. I. Nitrogenase and reductase activities in a soil of high fertility. Journal of Plant Nutrition. Vol. 21 s. 169–180.
• WAIS R.J., KEATING D.H., LONG S.R. 2002. Structure-function analysis of nod factor-induced root hair calcium spiking in Rhizobium-legume symbiosis. Plant Physiology. Vol. 129 s. 211–224.
• WEISANY W., RAEI Y., ALLAHVERDIPOOR K. H. 2013. Role of some of mineral nutrients in biological nitrogen fixation. Bulletin of Environment, Pharmacology and Life Sciences. Vol. 2(4) s. 77–84.
• WYSZCZÓŁKOWSKI A., DĄBEK-SZRENIAWSKA M. 2002. Wpływ różniących się rozpuszczalnością substancji organicznych na liczebność i aktywność drobnoustrojów glebowych [The influence of organic substances various solubility on the number and activity of the soil microorganisms]. Acta Agrophysica. T. 73 s. 349–356.
• YU X., LIU X., ZHU T. H. LIU, G. H., MAO C. 2012. Co-inoculation with phosphate-solubilizing and nitrogen-fixing bacteria on solubilization of rock phosphate and their effect on growth promotion and nutrient uptake by walnut. European Journal of Soil Biology. Vol. 50 s. 112–117.
• ZAHRAN H.H. 1999. Rhizobium-legume symbiosis and nitrogen fixation under severe conditions and in arid climate. Microbiology and Molecular Biology Reviews. Vol. 63(4) s. 968–989.
• ZHU R.F., TANG F., LIU J., LIU F.Q., DENG X.Y., CHEN J.S. 2016. Co-inoculation of arbuscular mycorrhizae and nitrogen fixing bacteria enhance alfalfa yield under saline conditions. Pakistan Journal of Botany. Vol. 48(2) s. 763–769.
• ZIPFEL C., FELIX G. 2005. Plants and animals: A different taste for microbes? Current Opinion in Plant Biology. Vol. 8(4) s. 353–360.