Contribution of Zinc Solubilizing Bacteria in Growth Promotion and Zinc Content of Wheat

Resumo

O zinco é um micronutriente imperativo necessário para o crescimento ideal das plantas. As bactérias solubilizadoras de zinco são alternativas potenciais para a suplementação de zinco e convertem o zinco inorgânico aplicado em formas disponíveis. Este estudo foi realizado para triar rizobactérias solubilizadoras de zinco isoladas de trigo e cana-de-açúcar, e analisar seu efeito no crescimento e desenvolvimento do trigo. Catorze isolados bacterianos produtores de exopolissacarídeos de trigo foram identificados e caracterizados bioquímica e molecularmente (sequência do gene 16S rRNA). Juntamente com estes, 10 isolados de cana-de-açúcar identificados também foram triados quanto à capacidade de solubilizar zinco em cinco fontes insolúveis diferentes de zinco. Dos 24, cinco cepas, ou seja, EPS 1 (Pseudomonas fragi), EPS 6 (Pantoea dispersa), EPS 13 (Pantoea agglomerans), PBS 2 (E. cloacae) e LHRW1 (Rhizobium sp.) foram selecionadas (com base em suas atividades de solubilização de zinco e promoção de crescimento vegetal) para experimentos em escala em vasos. ZnCO₃ foi usado como fonte de zinco e plântulas de trigo foram inoculadas com essas cinco cepas, individualmente, para avaliar seu efeito no crescimento e desenvolvimento das plantas. O efeito nas plantas foi analisado com base em parâmetros de crescimento e quantificando o teor de zinco da parte aérea, raiz e grãos usando espectroscopia de absorção atômica. O experimento vegetal foi realizado em dois conjuntos. Para o primeiro conjunto de experimentos com plantas (colhido após 1 mês), os pesos secos máximos da parte aérea e raiz e os comprimentos da parte aérea foram observados para as plantas inoculadas com Rhizobium sp. (LHRW1), enquanto E. cloacae (PBS 2) aumentou tanto os comprimentos da parte aérea quanto da raiz. O maior teor de zinco foi encontrado nas brotações de E. cloacae (PBS 2) e nas raízes de P. agglomerans (EPS 13), seguido pelo controle suplementado com zinco. Para o segundo conjunto de experimentos com plantas, as plantas foram colhidas após três meses, Pantoea dispersa (EPS 6), P. agglomerans (EPS 13) e E. cloacae (PBS 2) aumentaram significativamente os pesos secos da parte aérea. No entanto, um aumento significativo nos pesos secos das raízes e no teor máximo de zinco foi registrado para plantas inoculadas com Pseudomonas fragi (EPS 1), isoladas da rizosfera do trigo. Enquanto o teor máximo de zinco para as raízes foi quantificado nas plantas controle, indicando a incapacidade da planta de transportar zinco para os grãos, apoiando a biodisponibilidade acelerada de zinco para os grãos de plantas com rizobactérias solubilizadoras de zinco.

Abstract

Zinc is an imperative micronutrient required for optimum plant growth. Zinc solubilizing bacteria are potential alternatives for zinc supplementation and convert applied inorganic zinc to available forms. This study was conducted to screen zinc solubilizing rhizobacteria isolated from wheat and sugarcane, and to analyze their effect on wheat growth and development. Fourteen exo-polysaccharides producing bacterial isolates of wheat were identified and characterized biochemically as well as on the basis of 16S rRNA gene sequences. Along these, 10 identified sugarcane isolates were also screened for zinc solubilizing ability on five different insoluble zinc sources. Out of 24, five strains, i.e., EPS 1 (Pseudomonas fragi), EPS 6 (Pantoea dispersa), EPS 13 (Pantoea agglomerans), PBS 2 (E. cloacae) and LHRW1 (Rhizobium sp.) were selected (based on their zinc solubilizing and PGP activities) for pot scale plant experiments. ZnCO3 was used as zinc source and wheat seedlings were inoculated with these five strains, individually, to assess their effect on plant growth and development. The effect on plants was analyzed based on growth parameters and quantifying zinc content of shoot, root and grains using atomic absorption spectroscopy. Plant experiment was performed in two sets. For first set of plant experiments (harvested after 1 month), maximum shoot and root dry weights and shoot lengths were noted for the plants inoculated with Rhizobium sp. (LHRW1) while E. cloacae (PBS 2) increased both shoot and root lengths. Highest zinc content was found in shoots of E. cloacae (PBS 2) and in roots of P. agglomerans (EPS 13) followed by zinc supplemented control. For second set of plant experiment, when plants were harvested after three months, Pantoea dispersa (EPS 6), P. agglomerans (EPS 13) and E. cloacae (PBS 2) significantly increased shoot dry weights. However, significant increase in root dry weights and maximum zinc content was recorded for Pseudomonas fragi (EPS 1) inoculated plants, isolated from wheat rhizosphere. While maximum zinc content for roots was quantified in the control plants indicating the plant’s inability to transport zinc to grains, supporting accelerated bioavailability of zinc to plant grains with zinc solubilizing rhizobacteria.