The influence of bacteria of the genus Bacillus on the morphological parameters and photosynthetic apparatus of Allium cepa

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Background. The cryosphere is a repository of ancient ecosystems, in particular dispersed soils that have become frozen. It is known that these soils contain a certain amount of both abiotic and biotic components, including bacterial cells in a hypometabolic state with a content of about 104-106 CFU per gram of soil. Permafrost is widespread in the northern hemisphere, and its age ranges from hundreds of thousands to millions of years, so the bacterial components they contain can be fully attributed to paleobacteria. Modern flora associations with arctic paleobacteria are of interest not only from the point of researching view the fundamental principles of interaction between various organisms, but also as a promising biotechnological resource in adaptive plant growing.

Purpose. To assess the influence of arctic paleobacteria of the genus Bacillus on the morphophysiological parameters of the roots and feathers of the onion Allium cepa, as well as its photosynthetic activity at different cultivation temperatures.

Materials and methods. The object of the study was the onion Allium cepa, since this plant is sensitive to various environmental factors and is a standard for studying toxicity. We used bacteria of the genus Bacillus (strain 875 TS), registered in the Russian National Collection of Industrial Microorganisms under registration number B-12242.

The following morphophysiological parameters were assessed: the number of roots and feathers, their length and weight, the number of dark and curved roots and feathers, the concentration of photosynthesis pigments in the green part of Allium cepa seedlings using absorption spectrophotometry.

Results. The conducted research have shown that bacteria of the genus Bacillus strain 875 TS from permafrost rocks in a concentration of 104 at an incubation temperature of 36 ° C have the greatest positive effect on the content of photosynthetic pigments, root provision and development of the vegetative part of the onion Allium cepa.

Conclusion. Bacteria of the genus Bacillus influence plant development, in particular, the formation of the root and vegetative apparatus, enrich plants with useful substances and are a promising biological resource for the development of biopreparations to increase the yield of agricultural crops.

About the authors

Aleksandr A. Kastornov

Federal Research Centre Tyumen Scientific Centre of Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: AlexKastornov@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-0116-5291
SPIN-code: 7133-1500

Junior Research Scientist of Department of Bioresources Cryosphere

Russian Federation, 86, Malygina Str., Tyumen, 625026, Russian Federation

Sergei A. Petrov

Federal Research Centre Tyumen Scientific Centre of Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: tumiki@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-1566-2299
SPIN-code: 8382-8583

Doctor of Medicine, Professor, Principal Researcher of Department of Bioresources Cryosphere

Russian Federation, 86, Malygina Str., Tyumen, 625026, Russian Federation

Andrey M. Subbotin

Federal Research Centre Tyumen Scientific Centre of Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences

Email: subbotin.prion@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-5135-3194
SPIN-code: 9865-7586

Cand. Sc. Biology, Assistant Professor, leading research scientist of Department of Bioresources Cryosphere

Russian Federation, 86, Malygina Str., Tyumen, 625026, Russian Federation

References

  1. Bazin, A. S., Subbotin, A. M., Petrov, S. A., Narushko, M. V., & Kalenova, L. F. (2021). Effect of drilling cuttings with different purification degrees on morphophysiological parameters of cereal plants. In Proceedings of the international conference “Modern studies of cryosphere transformation and issues of geotechnical safety of structures in the Arctic” (pp. 43–46). Salekhard. https://doi.org/10.7868/9785604610848009. EDN: https://elibrary.ru/YTRKWN
  2. Petrov, S. A., Enoktaeva, O. V., Subbotin, A. M., & Malchevsky, V. A. (2015). Comprehensive scoring system for assessing the impact of microorganisms on cell proliferation of Allium cepa L. root meristem. Fundamental Research, 74, 687–690. EDN: https://elibrary.ru/UGAQNJ
  3. Landina, L. N. (2021). Standardization of dry extract of pumpkin pulp juice with hypolipidemic effect by βcarotene content. Medicine, 1, 79–92. https://doi.org/10.29234/2308-9113-2021-9-1-79-92. EDN: https://elibrary.ru/JIHQOO
  4. Lakhanov, A. P., Kolomeichenko, V. V., & Fesenko, N. V. (2004). Morphophysiology and production process of buckwheat (435 pp.). Oryol: Oryol State Agrarian University. EDN: https://elibrary.ru/PBXPZZ
  5. Korobko, V. V., Pchelintseva, N. V., Luneva, M. A., & Samsonova, E. A. (2017). Features of growth and development of wheat seedlings (Triticum aestivum L.) under the influence of 2,4,6triphenyl3,5dichloropyridine and 2,6diphenyl3chloropyridine. Proceedings of Saratov University. New Series. Series: Chemistry. Biology. Ecology, 17(1), 72–78. https://doi.org/10.18500/1816-9775-2017-17-1-72-78. EDN: https://elibrary.ru/YKKJAB
  6. Ivanov, L. A., Ronzhina, D. A., Yudina, P. K., Zolotareva, N. V., & Kalashnikova, I. V. (2020). Seasonal dynamics of chlorophyll and carotenoid content in leaves of steppe and forest plants at species and community levels. Russian Journal of Plant Physiology, 67(3), 278–288. https://doi.org/10.31857/S0015330320030112. EDN: https://elibrary.ru/XMYDPZ
  7. Kurbanova, M. N., Suraeva, N. M., Rachkova, V. P., & Samoilov, A. V. (2018). Comparative study of toxic activity indicators in the Allium test. Agrarian Bulletin of the Urals, 4(171), 25–30. EDN: https://elibrary.ru/XUCOKD
  8. Tytereva, E. V., Ivanova, A. N., & Voitsukhovskaya, O. V. (2014). On the role of chlorophyll b in ontogenetic adaptations of plants. Komarov Botanical Institute of the RAS, 134(3), 249–256. EDN: https://elibrary.ru/SGZRUX
  9. Subbotin, A. M., Petrov, S. A., Malchevsky, V. A., & Khrupa, D. A. (2018). Cytogenetic analysis of the impact of Serratia fonticola bacteria isolated from permafrost samples on Allium cepa L. root system cells. In Abstracts of the XI International Conference “Plant Cell Biology in vitro and Biotechnology” (pp. 220–221). Minsk. EDN: https://elibrary.ru/YRDMFV
  10. Basu, S., & Tripura, K. (2021). Differential sensitivity of Allium cepa L. and Vicia faba L. to aqueous extracts of Cascabela thevetia (L.) Lippold. South African Journal of Botany, 139, 67–78. https://doi.org/10.1016/j.sajb.2021.01.033. EDN: https://elibrary.ru/UKTTBB
  11. Collins, T., & Margesin, R. (2019). Microbial ecology of the cryosphere (glacial and permafrost habitats): current knowledge. Applied Microbiology and Biotechnology, 103, 2537–2549. https://doi.org/10.1007/s00253-019-09631-3. EDN: https://elibrary.ru/UOMKYI
  12. Liang, R., Li, Z., Lau Vetter, M. C. Y., et al. (2021). Genomic reconstruction of fossil and living microorganisms in ancient Siberian permafrost. Microbiome, 9, 110. https://doi.org/10.1186/s40168-021-01057-2. EDN: https://elibrary.ru/DCXMWZ
  13. Renev, N. O., Rodina, E. S., Subbotin, A. M., & Malchevskiy, V. A. (2021). Influence of bacterial metabolites from permafrost on morphophysiological parameters of potato material in vitro. In International Scientific and Practical Conference “Fundamental Scientific Research and Their Applied Aspects in Biotechnology and Agriculture” (FSRAABA 2021) [BIO Web of Conferences, vol. 36, article 05009]. Tyumen. https://doi.org/10.1051/bioconf/20213605009. EDN: https://elibrary.ru/XSQJDD
  14. Smigocki, A. C., Heu, S., Mccanna, I., Wozniak, C., & Buta, G. (1997). Insecticidal compounds induced by regulated overproduction of cytokinins in transgenic plants. In N. Carozzi & M. Koziel (Eds.), Advances in insect control: the role of transgenic plants (pp. 225–236). Bristol.
  15. Jansson, J. K., & Taş, N. (2014). The microbial ecology of permafrost. Nature Reviews Microbiology, 12, 414–425. https://doi.org/10.1038/nrmicro3262. EDN: https://elibrary.ru/SOEPQH
  16. Bauer, M. A., Kainz, K., CarmonaGutierrez, D., & Madeo, F. (2018). Microbial wars: competition in ecological niches and within the microbiome. Microbial Cell, 5(5), 215–219.
  17. Panikov, N. S. (2009). Microbial activity in frozen soils. In R. Margesin (Ed.), Permafrost Soils (pp. 119–147). Innsbruck.
  18. Brouchkov, A. V., Trofimova, Y. B., Melnikov, V. P., Sukhovei, Y. G., Griva, G. I., Kalenova, L. F., Subbotin, A. M., Repin, V. E., Brenner, E. V., Tanaka, M., Katayama, T., & Utsumi, M. (2011). Relict microorganisms of cryolithozone as possible objects of gerontology. Advances in Gerontology, 39–44. https://doi.org/10.1134/S207905701101005X. EDN: https://elibrary.ru/RHEVRD
  19. Ghanem, M. E., Albacete, A., Smigocki, A. C., Frebort, I., Pospíšilová, H., MartínezAndújar, C., Acosta, M., SanchezBravo, J., Lutts, S., Dodd, I. C., & PérezAlfocea, F. (2011). Rootsynthesised cytokinins improve shoot growth and fruit yield in salinised tomato (Solanum lycopersicum L.). Journal of Experimental Botany, 62, 125–140. https://doi.org/10.1093/jxb/erq266. EDN: https://elibrary.ru/OARSPZ
  20. Smigocki, A. C., Heu, S., & Buta, S. G. (2000). Analysis of insecticidal activity in transgenic plants carrying the IPT plant growth hormone gene. Acta Physiologiae Plantarum, 22, 295–299. https://doi.org/10.1007/s11738-000-0038-x. EDN: https://elibrary.ru/VAHFDA
  21. Souza, C. P., Guedes, T. A., & Fontanetti, C. S. (2016). Evaluation of herbicides action on plant bioindicators by genetic biomarkers: a review. Environmental Monitoring and Assessment, 188.
  22. Kastornov, A. A., Subbotin, A. M., & Petrov, S. A. (2022). The influence of microorganisms of the Arctic paleoecosystems on the morphometric parameters and the cytogenetic apparatus of Allium cepa. In Dedicated to the 101st anniversary of the discovery of the law of homological series and the 134th anniversary of the birth of N. I. Vavilov [BIO Web of Conferences, vol. 43, article 03013]. Saratov. https://doi.org/10.1051/bioconf//20224303013. EDN: https://elibrary.ru/UCFFKT
  23. Timofeev, V. N., & Subbotin, A. M. (2024). Preparations based on bacteria from frozen rocks during the dressing of spring wheat seeds. BIO Web of Conferences, 108, article 10006. https://doi.org/10.1051/bioconf/202410810006. EDN: https://elibrary.ru/SMQVPA
  24. Wintermans, J. F., & de Mots, A. (1965). Spectrophotometric characteristics of chlorophylls a and b and their phenophytins in ethanol. Biochimica et Biophysica Acta (BBA) — Biophysics including Photosynthesis, 109, 448–453. https://doi.org/10.1016/0926-6585(65)90170-6

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
Download


Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».