Phytostimulation and biofertilization in wheat by cyanobacteria

Resumo

As cianobactérias são comumente usadas para a fitoestimulação e biofertilização de culturas agrícolas devido à sua capacidade de fixação de nitrogênio. No entanto, a contribuição de seus fitohormônios tem sido negligenciada. Este estudo enfoca a triagem de cianobactérias rizosféricas e de vida livre para produção in vitro de fitohormônios e estimulação do crescimento em trigo. Os isolados selecionados mostraram liberar citocinina e ácido indol-3-acético (IAA) usando UPLC acoplado com MS/MS por meio de uma interface de eletropulverização. A concentração máxima de citocinina e IAA foi de 22,7 pmol mg ⁻¹ ch- a e 38 pmol mg ⁻¹ ch- a , respectivamente, no meio de cultura de Chroococcidiopsis sp. Ck4 e Anabaenasp. Ck1. O crescimento de trigo inoculado com cepas de cianobactérias foi estimulado em condições axênicas e de campo. A germinação das sementes, o comprimento da parte aérea, o perfilhamento, o número de raízes laterais, o comprimento da espiga e o peso dos grãos foram significativamente aumentados nas plantas inoculadas. O aumento máximo no peso dos grãos (43%) foi demonstrado em plantas de trigo inoculadas com Chroococcidiopsis sp. Ck4 em condições naturais. Correlação linear positiva da citocinina de cianobactérias com o comprimento da parte aérea ( r  = 0,608; P  = 0,01), comprimento da espiga ( r  = 0,682; P  = 0,01) e peso do grão ( r  = 0,0,869; P = 0,01) foi registrado. Da mesma forma, o IAA da cianobactéria foi correlacionado com os parâmetros de crescimento da raiz, comprimento da parte aérea ( r  = 0,588; P  = 0,01), comprimento do espigão ( r  = 0,0,689; P  = 0,01) e peso das sementes ( r  = 0,480; P  = 0,05) . O pool de fitohormônios endógenos da planta aumentou significativamente como resultado da associação planta-cianobactéria na rizosfera. Concluiu-se que os fitohormônios de cianobactérias são uma ferramenta importante para melhorar o crescimento e a produtividade do trigo.

Abstract

Cyanobacteria are commonly used for the phytostimulation and biofertilization of agriculture crops due to their nitrogen-fixing ability. However, the contribution by their phytohormones has been neglected. This study focuses on the screening of rhizospheric and free-living cyanobacteria for in vitro phytohormones production and growth stimulation in wheat. Selected isolates were shown to release cytokinin and indole-3-acetic acid (IAA) by using UPLC coupled with MS/MS via an electrospray interface. The maximum cytokinin and IAA concentration was 22.7 pmol mg⁻¹ ch-a and 38 pmol mg⁻¹ ch-a, respectively, in the culture medium of Chroococcidiopsis sp. Ck4 and Anabaena sp. Ck1. The growth of wheat inoculated with cyanobacterial strains was stimulated under axenic as well as field conditions. Seed germination, shoot length, tillering, number of lateral roots, spike length, and grain weight were significantly enhanced in inoculated plants. The maximum increase in grain weight (43%) was demonstrated in wheat plants inoculated with Chroococcidiopsis sp. Ck4 under natural conditions. Positive linear correlation of cyanobacterial cytokinin with shoot length (r = 0.608; P = 0.01), spike length (r = 0.682; P = 0.01), and grain weight (r = 0.0.869; P = 0.01) was recorded. Similarly, cyanobacterial IAA was correlated with the root growth parameters shoot length (r = 0.588; P = 0.01), spike length (r = 0.0.689; P = 0.01), and weight of seeds (r = 0.480; P = 0.05). The endogenous phytohormones pool of the plant was enhanced significantly as a result of the plant–cyanobacteria association in the rhizosphere. It was concluded that cyanobacterial phytohormones are a major tool for improved growth and yield in wheat.