ارزیابی توان مهارکنندگی باکتری های ریزوسفر و اندوفیت بر اروینیا کاراتوورا

نوع مقاله : مقاله کامل علمی پژوهشی

نویسندگان

1 دانش آموخته ،کارشناسی ارشد ، گروه میکروبیولوژی، واحد گرگان، دانشگاه آزاد اسلامی، گرگان، ایران

2 استادیار، گروه میکروبیولوژی، واحد گرگان، دانشگاه آزاد اسلامی، گرگان، ایران

چکیده

سابقه و هدف: باکتری Erwinia carotovora پاتوژن بسیاری از گونه‌های مهم گیاهی بوده و شمار فراوانی از گیاهان زینتی و کشاورزی مانند ذرت، برنج، گوجه فرنگی، پیاز، چغندرقند و نیز سبزی‏ها را آلوده می‌کند. این باکتری یکی از مهمترین عواملی است که با پیدایش پوسیدگی نرم در ساقه و غده سیب‌زمینی پیش و پس از برداشت تا اندازه فراوانی بازدهی گیاهان را کاهش می‌دهد. اگرچه این بیماری در بیشتر مناطق سیب‌زمینی‌کاری کشور گزارش شده است اما هنوز یک اقدام مهاری سازگار با محیط زیست برای پیشگیری از این بیماری انجام نشده است. بنابراین شناسایی عوامل زیستی کارا در مهار بیماری پوسیدگی نرم به ویژه در قطب‌های کشاورزی کشور مانند استان گلستان امری ضروری به نظر می‌رسد. بنابراین هدف از انجام این پژوهش جداسازی و شناسایی باکتری-های ریزوسفر و اندوفیت با کارکرد آنتاگونیستی دربرابر E. carotovora در کشتزارهای سیب زمینی روستاهای مرزنکلا و فاضل آباد شهرستان گرگان واقع در استان گلستان بود.
مواد و روش‌ها: نمونه های خاک، ریشه، برگ و ساقه سیب زمینی روی محیط نوترینت آگار کشت داده شده و پس از گرماگذاری پرگنه‌های رشدکرده از نظر ریخت شناسی بررسی شدند. پس از ناب‌سازی پرگنه‌ها، در آغاز شناسایی جدایه‌ها با انجام رنگ‌آمیزی گرم و بررسی توانایی ساخت اسپور انجام شد. کارکرد آنتاگونیستی جدایه ها به روش پخش از چاهک در آگار بررسی شد. در این روش پلیت‌ها در دمای اتاق برای 3 تا 5 روز گرماگذاری شده و هاله نبود رشد در پیرامون چاهک‌ها اندازه‌گیری شد. برای بررسی ساخت مادة پادزیست در جدایه های آنتاگونیست از آزمون کلروفورم بهره‌گیری شد. برای شناخت سرشت و زاد مادة پادزیست از آزمون های کاتالاز و حساسیت به پروتئازها بهره‌گیری گردید. سپس پایداری گرمایی مادة پادزیست و اثر pH روی کارکرد مهارکنندگی آن سنجیده شد. جدایه های با کارکرد آنتاگونیستی بیشتر بر پایه تعیین توالی ژن 16S rRNA شناسایی شدند.
یافته‌ها: سرهم 42 سویة باکتریایی به ترتیب از ریشه (13)، برگ (7) ساقه (5) و خاک ریزوسفر (17) جدا شد. در میان جدایه‌ها، 33 جدایه گرم مثبت و 9 جدایه گرم منفی بودند. بر پایه نتایج به دست آمده از بررسی کارکرد آنتاگونیستی جدایه‌ها، 8 جدایه دربرابر E. carotovoraکارکرد آنتاگونیستی از خود نشان دادند که همگی باسیل گرم مثبت اسپوردار بوده و جنس باسیلوس بودند. کارکرد مهاری جدایه‌ها با یافته های به دست آمده از آزمون کلروفورم همخوانی داشت. در برابر گواه آزمایش، جدایة با هالة نبود رشد بزرگتر، مادة پادزیست بیشتری ساخت. در آزمون کاتالاز آشکار گردید که سرشت مادة پادزیست ساخته شده در جدایه‌ها پراکسیدئیدروژن ندارد. آن‏ها پس از تیمار با پروتئازها ناکارا شدند که نشان می‌‌‌دهد، سرشت آنها پروتئینی است. توان پادزیستی و مهارکنندگی آبگونه رویی کشتگاه این جدایه ها در دمای 100 درجه سانتی‌گراد از میان رفت و بهترین نشان مهارکنندگی را در pH 7 تا 8 داشتند. جدایه‌هایی که بیشترین کارکرد مهاری را دربرابر E. carotovoraداشتند، بر پایه توالی ژن16S rRNA شناسایی شدند. پس از بررسی توالی نوکلوتیدی آن ژن آشکار شد که این جدایه‌ها به ترتیب بیش از 90 درصد به Bacillus subtilis سویه ZWQ-1 و Bacillus Mycoides سویه 29B-B9 همانندی دارند.
نتیجه‌گیری: از آنجایی که در این پژوهش جدایه‌های دارای بهترین نشان مهارکنندگی دربرابر E. carotovora از جنس Bacillus بودند، شاید بتوان از توان بازدارندگی این باکتری‌ها برای مهار زیستی بیماری‌های گیاهی بهره گیری کرد، وانکه برای داوری بهتر در باره کارکرد آن‌ها انجام آزمایش‌‌های بیشتر در گلخانه و کشتزارها پیشنهاد می‌گردد.

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Evaluation of inhibitory potential of rhizosphere and endophytic bacteria against Erwinia carotovora

نویسندگان [English]

  • Monireh Dinkou 1
  • Ania Ahani Azari 2
  • Teena Dadgar 2
1 Department of Microbiology, Gorgan Branch, Islamic Azad University, Gorgan, Iran
2 Assistant professor , Department of Microbiology, Gorgan Branch, Islamic Azad University, Gorgan, Iran
چکیده [English]

Background and objectives: Erwinia carotovora is a pathogen of many important plant species and infects a large number of ornamental and agricultural plants such as corn, rice, tomatoes, onions, sugar beets and vegetables. This bacterium is one of the most important factors that greatly reduces crop yields by causing soft rot in the stems and tubers of potatoes before and after harvest. Although the disease has been reported in most potato-growing areas of the country, no environmentally friendly control measure has been taken to prevent this disease. Therefore, identifying the biological factors effective in controlling soft rot disease, especially in agricultural hotspots such as Golestan province, seems to be essential. This study aimed to isolate and identify rhizosphere and endophytic bacteria with antagonistic activity against E. carotovora in potato fields of Marzankola and Fazelabad villages of Gorgan city located in Golestan province.

Materials and methods: Soil, root, leaf and stem samples of potatoes were cultured on nutrient agar medium and after incubating at 26°C for 3 -5 days the grown colonies were morphologically examined. After purification of the colonies, the initial identification of the isolates was performed by Gram staining and the ability to produce spores. The antagonistic activity of the isolates was determined by agar well diffusion method. In this method, the plates were incubated at room temperature for 3-5 days and the growth inhibition zone was measured around the wells. Chloroform test was used to evaluate the production of antimicrobial agent by antagonist isolates. Catalase and protease sensitivity tests were used to determine the nature of the antimicrobial agent. Then, the thermal stability of the antimicrobial agent and the effect of pH on its inhibitory activity were measured. Isolates with more antagonistic activity were identified based on 16S rRNA sequencing.

Results: A total of 42 bacterial strains were isolated from roots (13), leaves (7), stems (5) and rhizosphere soil (17). Among the isolates, 33 isolates were Gram-positive and 9 isolates were Gram-negative. Based on the results of antagonistic activity of isolates, the 8 isolates showed antagonistic activity against E. carotovora, all of which were Gram-positive spore-forming bacilli and belonged to the genus Bacillus. The inhibitory activity of the isolates was consistent with the results obtained from the chloroform test. That is, compared to the control, the isolate with a greater amount of antimicrobial agent had the larger growth inhibition zone. In the catalase test, it was found that the antimicrobial substance produced by the isolates is of a nature other than hydrogen peroxide and it was inactivated after treatment with proteases, indicating their protein nature. The inhibitory activity of the supernatant of these isolates was lost at 100 ° C and had the best inhibitory effect at pH 7 to 8. The isolates that had the highest inhibitory activity against E. carotovora were identified based on the sequence of 16 S rRNA gene. After sequencing, these isolates were found to be more than 90% similar to Bacillus subtilis strain ZWQ-1 and Bacillus Mycoides strain 29B-B9, respectively.

Conclusion: Considering that in the present study, the isolates with the best inhibitory effect against E. carotovora belonged to the genus Bacillus, it seems that the antagonistic potential of these bacteria can be used for biological control of plant diseases, of course, to better judge about their performance, it is necessary to conduct further experiments in greenhouse and field conditions.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Antagonist
  • Endophyte
  • Erwinia carotovora
  • Sof rot
  • Rhizosphere
1.Ahani Azari, A., Kouroshzadeh, N., and Pordeli, H. 2019. Keratinase producing bacteria: A promising approach for poultry waste management. International Journal of Molecular and Clinical Microbiology. 9: 1. 1090-1096.
2.Bagheri, A. 2019. Management of bacterial soft rot of potato. Applied Science of potatoes. 2: 2. 7-14. (In Persian)
3.Bagheri, A., and Zafari, D.M. 2005. Evaluation and identification of potatoes varieties resistant to black rot (soft rot). Agricultural Research (Water, Soil and Plants in Agriculture). 5: 2. 17-26.(In Persian)
4.Cui, W., He, P., Munir, S., He, P., He,Y., Li, X., Yang, L., Wang, B., and Wu, Y. 2019. Biocontrol of soft rot of Chinese cabbage using an endophytic bacterial strain. Frontiers in Microbiology. 10: 1471. 1-12.
5.Doolotkeldieva, T., Bobusheva, S., and Suleymankisi, A. 2016. Biological control of Erwinia carotovora ssp. carotovora
by Streptomyces species. Advances in Microbiology. 6: 104-114.
6.Elyazel, HAM.S. 2008. Studies on potato brown rot disease under Egyptian conditions, M.Sc. Thesis, Agricultural botany and plant pathology department. Faculty of Agriculture Zagazig University, Egypt.
7.Gong, M., Lin, T., Huang, J., and Zeng, B. 2017. Screening of endophytic bacteria isolated from two kinds of antarctic plant antagonistic konjac soft rot disease.
In: 2017 International Conference on Biotechnology and Bioengineering (ICBB-2017), Offenburg, Germany.
8.Hu, X., Shixiao, F., Li, O., Wu, J.,and Chen, J. 2009. Isolation and characterization of endophytic and rhizosphere bacterial antagonists of soft rot pathogen from Pinellia ternate. FEMS Microbiology. 295: 10-16.
9.Kavino, M., Harish, S., Kumar, N., Saravanakumar, D., Damodaran, T., Soorianathasundaram, K., and Samiyappan, R. 2007. Rhizosphere and endophytic bacteria for induction of systemic resistance of banana plantlets against bunchy top virus. Soil Biology & Biochemistry. 39: 1087-1098.
10.Kazemi, F., Khodakarmian, G., Bagheri, A., and Qasemi, A. 2011. Pattern of rep-PCR of pectobacterium strains isolated from potatoes with symptoms of Soft rot and black leg in Hamedan province. Agricultural Biotechnology.2: 1. 47-52. (In Persian)
11.Krid, S., Rhouma, A., Mogou, I., Quesada, J.M., Nesme, X., and Gargouri, A .2010. Pseudomonas savastanoi entophytic bacteria in olive endophytic bacteria in olive tree knots and antagonistic potential of strains of Pseudomonas fluorescens and Bacillus subtilis. Journal of Plant Pathology.92: 2. 335-341.
12.Lemessa, F., and Zeller, W. 2007. Screening rhizobacteria for biological control of Ralstonia solanacearum in Ethiopia. Biological Control.42: 336-344.
13.Liaqat, F., and Eltem, R. 2016. Identification and characterization of endophytic bacteria isolated from in vitro cultures of peach and pear rootstocks. Biotechnology. 6: 120. 1-8.
14.Salem, E., and Abd El-Shafea, Y. 2018. Biological control of potato soft rot caused by Erwinia carotovora subsp. Carotovora. Egyptian Journal of Biological Pest Control. 28: 94. 1-5.
15.Sharga, B.M., and Lyon, G.D. 1998. Bacillus subtilis BS 107 as an antagonist of potato blackleg and soft rot bacteria. Canadian Journal of Microbiology.44: 777-783.
16.Smith, L., Keefe, D.O., Smith, M., and Hamill, S. 2003. The benefits of applying rhizobacteria to tissue cultured bananas. Banana Topics Newsletter.33: 1-4.
17.Sturz, A.V., Christie, B.R., Matheson, B.G., Arsenault, W.J., and Buchanan, NA. 1999. Endophytic bacterial communities in the periderm of potato tubers and their potential to improve resistance to soil-borne plant pathogens. Plant Pathology. 48: 360-369.
18.Tawfik, A.E., Hanna, A.I., El-Ghareeb, L.A., Gomah, A.A., and Mahmoud, S.M. 2001. Applied approach for controlling brown rot and soft rot bacteria of potatoes. Journal of Agricultural Science. 26: 6. 3631-3642.19.Mirzai, M., Aminian, H., and
Roustaee, A. 2012. The Study of Biological Control of Pear Fire Blight Caused by Erwinia amylovora by some Antagonistic Bacteria. Biological Control of Pets and Plant Diseases.1: 39-47. (In Persian)
20.Rahman, M., Ali, M.E., Khan, A.A., Akanda, A.M., Uddin, M.D., Hashim, U., and AbdHamid, S.B. 2012. Isolation, Characterization, and identification of biological control agent for potato soft rot in Bangladesh. Scientific World Journal. Pp: 1-6.
21.Ryan, P.R., Delhaize, E., and Jones, D.L. 2001. Function and mechanism of organic onion exudation from plant roots. Annual Review of Plant Physiology. 52: 527-560.
22.Weisberg, W.G., Barns, S.M., Pelletier, D.A., and Lane, D.J. 1991. 16S ribosomal DNA amplification for phylogenetic study. Journal of Bacteriology. 173: 2. 697-703.