ABIOTISCHE STRESS

Abiotischer Stress kann durch alle ungünstigen Umweltbedingungen diktiert werden, die die Vielfalt der Mikroben beeinflussen und auch die physikalisch-chemischen Eigenschaften des Bodens verändern.

Im Rahmen von abiotischem Stress Es gibt zahlreiche Bedingungen, die sich nachteilig auf das Mikrobiom der Pflanze und die umgebende Ökologie auswirken, wie Schwermetalltoxizität, Salzgehalt, Trockenheit, und Überschwemmungen.

• Schwermetalle

Wenn schädliche Metalle wie Quecksilber, Asbest, Cadmium, und Bleiaggregat im Boden, sie verursachen Pflanzenstress und reduzieren die Produktivität der Pflanzen stark. Zusätzlich zu den negativen Auswirkungen auf den pH-Wert und die Textur des Bodens, Metallaggregation beeinflusst direkt einige biologische Prozesse im Boden, das Pflanzenwachstum beeinträchtigen.

Das Vorhandensein von Metallen in der Rhizosphäre verzögert das Pflanzenwachstum, indem es die Nährstoffaufnahme stört.

Obwohl PGPR das Pflanzenwachstum und die Produktivität steigert, es reguliert auch Bodenmetallverunreinigungen durch verschiedene Mechanismen und verbessert die Bodeneigenschaften.

Das Problem kann durch Impfen von PGPR mit Metallresistenz angegangen werden. Pflanzen können durch PGPR effektiv vor abiotischem Stress geschützt werden, indem die Induktion von Systemische Toleranz (IST).

EIN Siderophoren ist ein mikrobieller Metabolit, der Spurenmetallkomplexe bildet. Dies sind Verbindungen mit niedrigem Molekulargewicht, die gute Eisenaffinitäten aufweisen. Mikroben produzieren sie, wenn das Eisen im Boden fehlt. Metallstress wird durch von Mikroben produzierte Siderophore effektiv widerstanden.

Biotenside die amphiphile Komposite sind, finden sich hauptsächlich auf der Oberfläche von Mikroorganismen. Sie verbessern die Toleranz gegenüber Spurenmetallen und helfen bei der Entfernung von Bodenmetallen.

Organische Säuren mit niedrigen Molekulargewichten wie Oxalsäure und Zitronensäuren werden von PGPR produziert. Diese organischen Säuren reduzieren den Metallstress in der Landwirtschaft. PGPR produziert anorganische Säuren die Metallspannungen durch Niederschlag verhindern könnten.

Extrazelluläre polymere Substanzen (EPS) sind hochmolekulare Homo- oder Heteropolysaccharide mikrobielle Polymere. Rhizosphärenbakterien setzen extrazelluläre Polysaccharide wie Lipopolysaccharide, Polysaccharide, lösliche Peptide, und Glykoprotein und schaffen einen anionenbeschränkenden Bereich, der bei der Entfernung oder Entgiftung von Schwermetallen durch Biosorption hilft.

Die folgende Tabelle zeigt die PGPR-Bioremediation von Schwermetallen im Boden:

• Salzgehalt

Es ist nachteilig für die Agrarökonomie, Salzgehaltsbedingungen zu haben. Als Folge der langfristigen Verwendung von Agrarchemikalien, Salze sammeln sich mit der Zeit im Boden an, was zu Problemen mit dem Salzgehalt führt.

Unter Salzstress, reaktive Sauerstoffspezies (ROS) einschließlich O-2, O2, und H2O2 die Zelle beschädigen, was als oxidativer Stress bekannt ist. Ein PGPR, das sowohl enzymatische als auch nicht-enzymatische Komponenten produzieren kann, hilft der Pflanze, Salzstress zu überleben. Durch die Verwaltung des H2O2-Niveaus, ein enzymatisches und nicht-enzymatisches Antioxidationssystem neutralisiert diese Toxizität. ROS-Spiegel werden routinemäßig durch Enzyme wie Katalase und Ascorbatperoxidase und nichtenzymatische Komponenten wie Ascorbat kontrolliert.

PGPR produzieren ACC (1-Aminocyclopropan-1-carboxylat)-Deaminase, das schützt Pflanzen vor Ethylen Stress.

• Trockenheit

Ein wichtiger Faktor, der die landwirtschaftliche Produktivität weltweit behindert, ist die Dürre. Trockenresistenz bezieht sich auf die Fähigkeit einer Pflanze, während einer Dürre zu bestehen und auszuhalten.

Durch die Veränderung der Wurzelarchitektur durch Bakterien, die Gesamtwurzelfläche nimmt zu , was zu einer verbesserten Nährstoff- und Wasseraufnahme führt, was das Gesamtwachstum erleichtert. Das Bakterium erhöht die Anzahl der Wurzeln mit kleinerem Durchmesser mit größerer Tiefe, wodurch die Gesamtoberfläche des Wurzelsystems vergrößert wird.

Bei erfolgreicher Inokulation von PGPR-Stämmen Die Pflanzenproduktivität kann gesteigert werden durch Aufrechterhaltung eines nahezu durchschnittlichen Triebwachstums bei Trockenstress. Da es die zugängliche Blattoberfläche verringert und Verdunstungsverlust von Wasser wird reduziert .

Der Wasserzustand der Pflanzen kann durch Messung der relativer Wassergehalt (RWC) . Mit PGPR behandelte Pflanzen zeigten ein besseres RWC-Management als Pflanzen, die nicht mit PGPR behandelt wurden. PGPR kann den stomatalen Verschluss einer Pflanze in trockenen Gebieten regulieren und zu einem besseren RWC einer Pflanze führen.

Bei Pflanzen, Die osmotische Modifikation ist eine wichtige Anpassungsstrategie für den Umgang mit Trockenstress. Bei Pflanzen, die unter Trockenstress leiden, Prolin ist ein wichtiger Osmolyt. Pflanzen mit einem höheren Prolingehalt sind widerstandsfähiger gegen Trockenheit. Der Prolinspiegel kann durch PGPR-Inokulation erhöht werden.

Pflanzenwachstum und Entwicklung werden durch chemische Wachstumsregulatoren und Phytohormone wie Zytokinine, Abscisinsäure, Gibberelline, Auxine, Jasmonsäuren (JAs) und Ethylen . PGPR fördert die Entwicklung von dürregestressten Pflanzen, indem es die Phytohormone und Wachstumsregulatoren reguliert.

• Flut

Bei Hochwasser, der Gasaustausch im Wurzelsystem verringert sich> dadurch kommt es zur Ansammlung von Ethylen. Ethylen ist für die Regulierung der überflutungstoleranten Eigenschaften von Pflanzen verantwortlich. Hohe ACC-Werte führen während eines Hochwassers zu einem niedrigeren Sauerstoffgehalt im Wurzelsystem.

Die in den Wurzeln akkumulierte hohe Konzentration von ACC wird durch die ACC-Deaminase reduziert, Dadurch kann das ACC aus den Wurzeln diffundieren. Dieser Mechanismus reduziert den Ethylengehalt während und nach dem Fluten.

BIOTISCHE BELASTUNGEN

Bei Pflanzen, biotischer Stress wird durch lebende Organismen verursacht, wie Bakterien, Viren, Pilze, Insekten, und Nematoden. Diese Organismen stören die Nährstoffe des Wirts, was zum Pflanzentod führt. Biotischer Stress trägt sowohl zu Verlusten vor als auch nach der Ernte bei.

Obwohl nur wenige Mikroben an der biologischen Bekämpfung von Krankheitserregern beteiligt sind, dennoch ist bekannt, dass PGPR nach verschiedenen Mechanismen Schutz vor vielen Krankheiten bietet, darunter Bakteriocin, Antibiose, Herstellung flüchtiger organischer Verbindungen (VOC), und Lyse durch das extrazelluläre Enzym Hamid et al., 2021

• Bakteriocin

Bakterielle Toxine gegen Bakterien auch bekannt Bakteriocine sind Peptidsekrete mit begrenzter antimikrobieller Aktivität. Bakteriocine werden sowohl von Gram-negativen (z. colicin ) und grampositive Bakterien (z. B. nisin ). Unter Laborbedingungen, Bakteriocine haben sich bei der Bekämpfung der bakteriellen Tomatenfleckenkrankheit als vorteilhaft erwiesen.

• Antibiose

Aufgrund ihrer antimikrobiellen, Insektizid, Virostatikum, phytotoxisch, zytotoxisch, und antihelminthische Eigenschaften, PGPR-Antibiotika sind stärker als andere. Pseudomonas produziert eine Vielzahl von antimykotischen Substanzen, davon 2, 4 Diacetylphloroglucinol (2, 4-DAPG), Butyrolactone, Rhamnolipide, N-Butylbenzolsulfonamid.

• VOC-Produktion

Es gibt zahlreiche flüchtige organische Verbindungen (VOC), die von der PGPR abgesondert werden und die Biokontrollspezialisten für bestimmte Nematoden und Mikroorganismen sind. VOCs umfassen Benzol, Cyclohexan, Tetradecan, und 2-(Benzyloxy)-1-ethanamin. HCN ist eines der VOCs (von Rhizosphärenmikroben abgegeben), das in der Lage ist, einige Phytopathogene zu kontrollieren.

• Lyse über extrazelluläres Enzym

PGPR produziert lytische Verbindungen, die es Pflanzen ermöglichen, infektionserregende Mikroben zu bekämpfen. Rhizobakterien produzieren extrazelluläre Enzyme (Chitinase und β-1, 3-Glucanase), die mit der Lyse der Zellwand verbunden sind. Chitinase und β-1, 3-Glucanase sind starke antimykotische Verbindungen auf den Pilzzellen, deren Wände aus Chitin und β-1 bestehen. 4-N-Acetylglucosamin.

Symbiotische Beziehung von PGPR und Pflanzen

Es wird vorgeschlagen, dass eine metabolische Interaktion zwischen Pflanzen und Mikroben Aminosäuren, Zucker, organische Säuren, und andere Kohlenstoffquellen, die von Pflanzen bereitgestellt werden.

In dieser Nische können metabolische Assoziationen zwischen Pflanzen und Rhizomikroben erforscht werden.

Biologische Metaboliten aus Mikroorganismen der Rhizosphäre sind entscheidend für den ökologischen Erfolg. Entsprechend ihren Substrataufnahmemustern Rhizomikroben in diesem Lebensraum spielen eine wichtige ökologische Rolle.

Viele Rhizobakterienstämme funktionieren so, dass sie einen neuartigen Metaboliten ausscheiden, der im nativen Wurzelsystem nicht vorkommt. Daher die Ergänzung des Wurzelsystems.

Durch Zugabe von reichlich Zucker, Bodenmikroben vermehren sich schnell, Dies erweckt den Eindruck, dass der Kohlenstoff im Boden eine begrenzte Kapazität im Boden hat. Daher, Es wird zugeschrieben, dass Pflanzen reichlich Kohlenstoff enthalten, der über mehrere Stoffwechselwege nach außen diffundiert.

Obwohl Pflanzen Kohlenstoff hauptsächlich durch die Atmung binden, Rhizosphärenablagerung setzt auch Kohlenstoff frei.

Rhizobakterien produzieren Stoffwechselprodukte für Pflanzen, Rhizodepositio- nen in Pflanzen produzieren jedoch eine Reihe von Metaboliten, die enorme Möglichkeiten bieten, bestimmte Bakterienstämme sowohl anzuziehen als auch zu hemmen.

Rhizomikroben liefern Stickstoff, Phosphor, und Eisen an Pflanzen in nutzbaren Formen, die für das Pflanzenwachstum essentiell sind.

Rhizomikroben produzieren Phytohormone wie ACC-Deaminase, Zytokinin, und Indol-3-essigsäure, die für das Pflanzenwachstum und die Entwicklung essentiell sind.

Auswahlkriterien für PGPR

Für die Entwicklung einer erfolgreichen PGPR-Formulierung, therhizobakterielle Arten sollten die folgenden Eigenschaften besitzen:Jeyarajan und Nakkeeran, 2000

• Verbessern Sie das Wachstum von Pflanzen
• Multiplikation im Massenmaßstab sollte möglich sein
• Muss eine hohe Rhizosphärenkompetenz besitzen
• Demonstrieren Sie eine hohe kompetitive saprophytische Fähigkeit
• Demonstrieren Sie ein breiteres Spektrum an Aktivitäten
• Ökologische Verträglichkeit mit anderen Rhizobakterien
• Belastbar gegenüber abiotischen Stressbedingungen (thermisch, Strahlung, Trocknungs- und Oxidationsmittel)
• Soll umweltfreundlich sein

PGPR als Biodünger

Biodünger sind lebende Formulierungen von nützlichen Mikroben, die dazu beitragen, den Pflanzen Nährstoffe zur Verfügung zu stellen. Durch seine biologische Aktivität es verbessert die Bodengesundheit und damit die Bodenmikroflora.

Ist PGPR als Biodünger?
Jawohl. PGPR ist ein Biodünger .

PGPM sind der Hauptbestandteil dieses Biodüngers. Das PGPM kann in drei Hauptgruppen eingeteilt werden, nämlich, arbuskuläre Mykorrhiza-Organismen (AMF), Pflanzenentwicklung vorantreibende Rhizobakterien (PGPR), und stickstofffixierende Rhizobien.

PGPR wird weltweit als Biodünger verwendet, Steigerung der Erträge und Bodenqualität. Da PGPR wahrscheinlich begangen wird, es könnte zu nachhaltigem führen Landwirtschaft .

Diese Biodünger sind sowohl in fester als auch in flüssiger Form erhältlich, wobei sich flüssige Formulierungen als wirksamer erwiesen haben. Wurzelimpfung, Samenimpfung, und Bodenbeimpfung sind die drei Haupttypen flüssiger Formulierungen.

Beim Auftragen von Burkholderia phytofirmans Biodünger auf die Weidelgraswurzel, Samen, und Erde, die Bodenimpfungsmethode war am effizientesten bei der Verbesserung der Produktion von Pflanzenbiomasse, Phytoremediation und Kohlenwasserstoffabbau Afzal et al., 2013

Einschränkungen von PGPR

1. PGPR hat eine natürliche Variationseigenschaft, die ihre Verwendung einschränkt. Unter Feldbedingungen (im Gegensatz zu kontrollierten Laborbedingungen) Es ist schwer vorherzusagen, wie sich ein Organismus verhalten wird.
   
2. Zusätzlich, PGPRs sind lebende Mikroorganismen, Daher ist die Möglichkeit, sie im Feld künstlich zu vermehren, eine weitere Herausforderung.
   
3. Auch eine optimierte Massenproduktion ist eine Herausforderung. Außerdem, Die Aufrechterhaltung ihrer Dauerhaftigkeit und Effizienz der biologischen Aktivität bis zur Feldanwendung ist ebenfalls schwierig.
   
4. PGPR-Bakterien können nicht sehr lange im Boden leben, und im Laufe der Zeit müssen sich die Landwirte neu animpfen, um ihre Population auf dem Feld zu halten.

Beispiele für PGPR

Was ist ein PGPR-Beispiel?

Im Folgenden sind einige Beispiele für PGPR und ihre Rolle in der Rhizosphäre aufgeführt:

Vertreter Spezies	Rolle	Beteiligte(r) Mechanismus(en)	Teilnehmende(s) Werk(e)	Verweise)
Agrobakterium radiobakterien	Verbessert den Bioschutz	Antibiotika	-	Mohanram und Kumar, 2019
Azotobacter chroococcum	Hilft bei Biostimulation	Herstellung von Gibberellin	Getreide	Zhanget al., 2019
	Hilft beim Bioschutz	Siderophor	-
Azospirillum brasilense	Biodüngung	Phosphat-Solubilisierung	Mais (Zea mays), Weizen (Triticum aestivum L.) und Reis (Oryza sativa)	Lucy et al., 2004
Bacillus cereus	Erhöht den Bioschutz	Lipopeptide	Bohne (Phaseolus vulgaris)	Ongena und Jacques, 2008; Vaikundamoorthy et al., 2018; Hasamiet al., 2019
		Induziert und erworben systemisch Widerstand	Tomate (S. lycopersicum) Sojabohne (Glycine Max L.)
	Bioremediation	Produktion von Amylase Sanierung von Industrieabfällen	- -
Bacillus subtilis	Biodüngung	Ammoniaksynthese	Mais (Zea mays)	Ouhaibi-Ben Abdeljalil et al., 2016; Ait-Kaki et al., 2014; Tahiret al., 2017
	Hilft bei der Biostimulation	Durch IAA- und Cytokinin-Produktion	Kichererbse (Cicer arietinum) Tomate (S. lycopersicum L.)
	Bioschutz	Lipopeptide	-
		Katalase-Produktion	Gurke (Cucumis sativus)
	Bioremediation	Abbau von Xenobiotika und Allelochemikalien	-
Enterobacter oryzae	Biodüngung	Stickstoff-Fixierung	Mangart und Marmelade (Akazie zugespitzt)	Dinnage et al., 2019
Frankia casuarinae, F. unwirksam, F. irreguläris, und F. saprophytica	Biostimulation	Cytokinin-Produktion	-	Nouioui et al., 2019
Klebsiella-Pneumonie	Unterstützt die Biodüngung	Stickstoff-Fixierung	Mais (Zea mays)	Kuan et al., 2016; Sharma et al., 2019
	Bioschutz	Erworbene und induzierte systemische Widerstand	Erdnuss (Arachis hypogaea)
Mesorhizobium loti	Biodüngung	Stickstoff-Fixierung	Lotus (Arabidopsis thaliana)	Kanekoet al., 2000
Methylobakterium exotorquens	Unterstützt die Biostimulation	Cytokinin-Ausgabe	Arabidose, gerade noch, Mais und Sojabohnen	Kanekoet al., 2000
Paenibacillus xylanexedens	Erleichtert den Bioschutz	Chitinase-Produktion	Weizen (Triticum aestivum L.)	Verma et al., 2016
Pseudomonas aeruginosa	Hilft bei der Biodüngung	Phosphat-Solubilisierung	Mais (Zea mays)	Hameeda et al., 2008; Ahemad und Khan, 2012; Paramanandhamet al., 2017; Chenget al., 2019; Lawrance et al., 2019
	Hilft beim Bioschutz	Ammoniakproduktion	Feldsenf (Brassica campestris L.)
		Herstellung von Cyanwasserstoff	Elefantengras (Pennisetum .) Purpureum)
	Hilft bei Bioremediation	Cellulase-Produktion	Reis (O. sativa), Erbse (P. sativa)
		Aufnahme von Schwermetallen	Amarant, Tomate (Solanum Lycopersicum L.)
Rhizobium Hülsenfrüchte	Biostimulation	Gibberellin-Produktion	Reis (O. sativa L.)	Yanniet al., 2001
Serratia marcescens	Bioschutz	Siderophor produzieren, Chitinase und Protease	Feldkürbis (Poa pratensis)	Selvakumar et al., 2008; Rathore und Gupta, 2015
Staphylokokken saprophyticus	Biostimulation	Herstellung von IAA	Zierarten	Manzooret al., 2019
Stenotrophomonas Rhizophila	Bioschutz	Amylase-Synthese	Mais (Zea mays) und Raps (Brassica .) napus)	Ghavamiet al., 2017