Plant growth promoting properties of Bacillus species from soil samples

Abstract

Plant growth promoting bacteria (PGPR) are free living microorganisms and can colonise on roots and have enhancing effect on plant growth through direct or indirect mechanisms. The interaction between bacteria and plants are reciprocal so as to benefit from each other. In the present study, Bacillus spp. were aimed to isolate from soil samples, screen in terms of genes encoding the enzymes related with growth promotion, and apply on corn plant. The promoting effect of 19 isolates carrying one or more of ACC deaminase, siderofore, and AcPho genes were studied on plants both as seed and seedlings inoculations in greenhouse conditions. All bacterial isolates indicated significant growth promotion in seed and seedling inoculation trials of corn plant. However the results in seed inoculation trials were more prominent in terms of important parameters as shoot length (F=2,507; p=0,002), stem fresh weight (F=6.091; p=0,000), shoot dry weight (F=5.244; p=0,000), shoot diameter (F=4.812; p=0,000), root volume (F=7.275; p=0.000), root diameter (F=3.639; p=0.000), root length (F=3.119; p=0.001), root fresh weight (F=4.378; p=0.000), and root dry weight (F=4.432; p=0.000). For example, isolates SY29.1, KH6.2, and KH18.2 resulted in 59, 58, and 56% increase in stem diameter, respectively. Isolates SY29.1, KH28.1, and KH6.2 caused an increasing in stem fresh weight at a level of 156%, 136%, and 130%, respectively. Most notably, SY29.1 and KH13.3 caused 267, and 236% increase in shoot dry weight compared to control. Among 150 isolates, phylogenetic analysis of 16S rDNA region of best-acting six were performed and characterised at species level as Bacillus subtilis KH28.1, Bacillus subtilis KH18.2 Bacillus sp. KH16.2, Bacillus cereus KH14.2, Bacillus cereus KH21.4 and Bacillus simplex SY29.1 by using NCBI's (National Centre for Biological Information) Basic Local Alignment Search Tool (BLAST) and comparing with known sequences of bacteria in NCBI database. In conclusion, results obtained from seed inoculation tests were better compared to seedling inoculation tests on corn plant. Pot trials in greenhouse conditions indicated that KH28.1, KH13.3, KH14.3, KH6.2 isolates seem to be promising strains as biofertilising inoculants for growth promotion, but the results remain to be verified in field conditions.

Bitki büyümesini teşvik eden bakteriler (PGPR) serbest yaşayan mikroorganizmalar olup kökte kolinize olabilir ve doğrudan veya dolaylı mekanizmalarla bitki büyümesi üzerinde teşvik edici etki göstertilirler. Bakteriler ve bitkiler arasındaki ilişki birbirinden fayda sağlayacak şekilde karşılıklıdır. Bu çalışmada toprak örneklerinden Bacillus türlerinin izolasyonu, büyüme teşvikiyle ilgili enzim kodlayan genlerin taranması ve mısır bitkisi üzerinde denenmesi hedeflenmiştir. ACC deaminaz, siderofor ve asit fosfataz genlerinden bir veya daha fazlasını taşıyan 19 izolatın teşvik edici özelliği serada bitkiler üzerinde hem tohum hem de fide inokülasyonu şeklinde denenmiştir. Mısırda tüm izolatlar hem tohum hem de fide inokülasyonunda büyümeyi anlamlı düzeyde teşvik etmiştir. Fakat, gövde uzunluğu (F=2,507; p=0,002), gövde yaş ağırlığı (F=6.091; p=0,000), gövde kuru ağırlığı (F=5.244; p=0,000), gövde çapı (F=4.812; p=0,000), kök hacmi (F=7.275; p=0.000), kök çapı (F=3.639; p=0.000), kök uzunluğu (F=3.119; p=0.001), kök yaş ağırlığı (F=4.378; p=0.000) ve kök kuru ağırlığı (F=4.432; p=0.000) gibi önemli parametrelerde tohum inokülasyonu sonuçları daha iyi bulunmuştur. Örneğin SY29.1, KH6.2 ve KH18.2 izolatları kök çapında sırasıyla %59, %58 ve %56 oranlarında artışa neden olmuştur. SY29.1, KH28.1 ve KH6.2 izolatları gövde yaş ağırlığında sırasıyla 156%, 136% ve 130% oranında artış sağlamıştır. En belirgin olarak ise SY29.1 ve KH13.3 izolatları gövde kuru ağırlığında kontrole göre sırasıyla %267 ve %236 oranlarında artış sağlamıştır. Elde edilen 150 izolat içerisinde en iyi etki gösteren 6 tanesinin 16S rDNA bölgesi NCBI'da (National Centre for Biological Information) BLAST (Basic Local Alignment Search Tool) program ile bilinen bakterilerle kıyaslanmış ve filogenetik analizi yapılarak tür seviyesinde Bacillus subtilis KH28.1, Bacillus subtilis KH18.2 Bacillus sp. KH16.2, Bacillus cereus KH14.2, Bacillus cereus KH21.4 ve Bacillus simplex SY29.1 olarak belirlenmiştir. Sonuç olarak tohum inokülasyon denemeleri fide inokülasyon denemelerine göre daha etkili bulunmuştur. Serada yapılan saksı denemelerine göre KH28.1, KH13.3, SY29.1 ve KH6.2 izolatları büyümeyi teşvik etme yönüyle önemli biyofertilizer inokülantlar olarak ortaya çıkmasına rağmen sonuçların arazi çalışmalarıyla teyit edilmesi gerekmektedir.