Biofertilization using microalgae-bacteria consortium for phenolic stress mitigation of sprouted barley: Functional genes profiling of soil bacteria

Resumo

Como alternativas aos fertilizantes químicos convencionais, os biofertilizantes têm ganhado atenção, em particular, biofertilizantes de co-cultura microalgas-bactérias (BCMBs) são candidatos promissores devido às suas interações sinérgicas. O lodo excessivo tem sido considerado uma fonte sustentável de BCMBs devido à sua composição adequada de nutrientes e biodiversidade. Este estudo investigou a viabilidade de BCMBs na promoção do crescimento das plantas. A cevada germinada, selecionada como planta modelo, foi exposta ao estresse fenólico e seu efeito aliviador por meio de BCMBs foi avaliado. As características de crescimento da planta, tais como taxa de germinação, peso e comprimento foram melhoradas após a adição de BCMBs mesmo sob exposição ao fenol.  Desmodesmus e Polaromonas foram os gêneros predominantes de microalgas e bactérias, respectivamente, os quais são atribuídos a possuírem as propriedades degradadoras de fenol e promotoras de plantas. A predição do gene bacteriano funcional revelou vários genes putativos, incluindo gst (glutationa R-transferase) e exbB (proteína receptora da membrana externa do complexo de ferro), que atuam para promover o crescimento das plantas. Este estudo sugere que as funções protetoras e promotoras dos BCMBs aumentam o crescimento da cevada germinada e aliviam o estresse fenólico.

Abstract

As alternatives to conventional chemical fertilizers, biofertilizers have gained attention, in particular, microalgae-bacteria co-culture biofertilizers (MBCFs) are promising candidates owing to their synergistic interactions. Excessive sludge has been considered a sustainable source of MBCFs due to its proper nutrient composition and biodiversity. This study investigated the feasibility of MBCFs in promoting plant growth. The sprouted barley, selected as a model plant, was exposed to the phenolic stress, and its alleviatory effect by MBCFs was evaluated. The plant’s growth characteristics such as germination rate, weight, and length were enhanced after adding MBCFs even under phenol exposure. Desmodesmus and Polaromonas were predominant microalgae and bacteria genus, respectively, and those are attributed to possess the phenol-degrading and plant-promoting properties. The bacterial functional gene prediction revealed several putative genes, including gst (Glutathione R-transferase) and exbB (Iron complex outermembrane recepter protein), which act to promote plant growth. This study suggests that the protective and promotive functions of MBCFs enhance the growth of sprouted barley and alleviate phenolic stress.