Enhancing maize yield and antioxidant capacity with glyphosate-resilient rhizobacteria in glyphosate contaminated soil.
BMC Plant Biol · 2025 · 25:1255 · PMID 41029198 · 등급5 동물·현장 현장조사 · 비발암 건강영향 > 생식독성 · 사람
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배경: 농업에서 흔히 사용되는 제초제인 글리포세이트는 빈번하고 집중적인 사용으로 인해 미생물 다양성, 토양 비옥도, 인간 건강 및 농업 생산성에 심각한 위협을 제기한다. 이러한 문제들을 완화하기 위해, 본 연구에서는 글리포세이트(GLY)에 내성을 가진 식물 생장 촉진 근권 박테리아 균주가 GLY의 독성을 완화하고 옥수수 성장을 증진시킬 잠재력을 조사하였다. 결과: 토양에서 100 및 200 mg kg$^{-1}$ GLY 조건 하에 옥수수 성장 촉진 및 식물 독성 감소 능력을 평가하기 위해 총 11개의 사전 분리된 박테리아 균주가 평가되었다. 이들 중, 다섯 가지 GLY 내성 박테리아 균주($E.$ *cloacae*, $E.$ *ludwigii*, $K.$ *variicola*, $P.$ *aeruginosa* 및 $S.$ *liquefaciens*)가 주목할 만한 내성을 보였다. 이들 균주는 1-아미노사이클로프로파닐-1-카르복실산(ACC) 탈아미나아제 활성, 산화효소 및 카탈라아제 생성, 인돌-3-아세트산 합성 및 시데로포어 생성을 포함하는 긍정적인 특성을 나타냈다. 더욱이, 이 다섯 가지 GLY 내성 균주는 옥수수 식물의 독성을 감소시키고 생물학적 형질을 개선하였다. 접종된 식물은 100 mg kg$^{-1}$ GLY 조건에서 대조군 대비 평균 엽록소 SPAD 값이 43% 향상되었으며, 지상부 및 뿌리 건중량은 각각 59배 및 1.02배 증가하였고, 옥수수 알갱이 무게는 23% 증가하였다. 또한, 100 mg kg$^{-1}$ GLY 조건에서 접종된 처리구는 미접종 대조군 대비 카탈라아제가 평균 32% 감소하고 전해질 누출률이 68% 감소하였다. 추가적으로, 100 mg kg$^{-1}$ 농도의 GLY에 대해 접종된 식물은 대조군보다 과산화효소에서 1.09배, 폴리페놀 산화효소에서 1.6배, 초과산화디뮤타아제에서 1.2배의 평균 향상이 기록되었다. 결론: 현재의 연구 결과는 분리된 균주들이 높은 GLY 농도에 저항하고, 식물 생장 촉진 화합물을 생성하며, GLY 해독을 통해 옥수수 성장을 증진시키는 뛰어난 능력을 가지고 있음을 보여준다. 이러한 발견은 GLY 오염 토양에서 옥수수 생산성을 향상시키기 위한 유망한 전략을 제공하며, 지속 가능한 농업과 환경 건강에 기여할 것이다.ORIGINAL ABSTRACT
BACKGROUND: Glyphosate, a commonly utilized herbicide in agriculture, poses significant threats to microbial diversity, soil fertility, human health, and agricultural productivity due to its frequent and intensive application. To mitigate these challenges, we investigated the potential of plant growth-promoting rhizobacterial strains tolerant to glyphosate (GLY) to alleviate its toxicity and enhance maize growth. RESULTS: Eleven pre-isolated bacterial strains were assessed for their ability to promote maize growth and reduce phytotoxicity at 100 and 200 mg kg- 1 GLY in soil. Among them, five GLY-tolerant bacterial strains (E. cloacae, E. ludwigii, K. variicola, P. aeruginosa and S. liquefaciens) exhibited notable resistance. These strains exhibited positive qualitative characteristics, including 1-aminocyclopropane 1-carboxylate (ACC) deaminase activity, oxidase and catalase production, indole-3-acetic acid synthesis, and siderophore production. Moreover, these five GLY-tolerant strains reduced the toxicity and improved the biological traits of the maize plants. Inoculated plants average improved chlorophyll SPAD value by 43%, shoot and root dry biomass by 59 and 1.02-fold, respectively, and 100-grains weight by 23% compared to control at 100 mg kg- 1 of GLY. Also, there was an average reduction of catalase by 32% and electrolyte leakage by 68% in inoculated treatments compared to uninoculated control at 100 mg kg- 1 of GLY. Additionally, average improvement in peroxidase by 1.09-fold, polyphenol oxidase by 1.6-fold, and superoxide dismutase by 1.2-fold was recorded in inoculated plants than control at 100 mg kg- 1 concentration of GLY. CONCLUSION: Current findings highlight the remarkable ability of the isolated strains to withstand high GLY concentrations, produce plant growth-promoting compounds, and enhance maize growth through GLY detoxification. These findings offer promising strategies for improving maize productivity in GLY-contaminated soils, thus contributing to sustainable agriculture and environmental health.| 저자 | Mohy-Ud-Din, W.; Chen, F.; Bashir, S.; Akhtar, M. J.; Asghar, H. N.; Ali, Q.; Hassan, W.; Yasin, S.; Raza, M. H.; Choudary, Z. M.; Ashraf, W.; Ali, H. M. |
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| 저널 | BMC plant biology |
| 권·호·쪽 | 25(1), 1255 |
| PMID | 41029198 |
| DOI | 10.1016/j.pestbp.2016.11.010 |
| MeSH | Zea mays; Glycine; Glyphosate; Herbicides; Antioxidants; Soil Pollutants; Soil Microbiology |