השוואה של ההשפעות של סוכנים ביולוגיים חיידקיים וחומצה ג'יברלית על צמיחת הסטיביה וייצור גליקוזידים של סטביול על ידי ויסות הגנים המקודדים שלה

חקלאות היא המשאב החשוב ביותר בשווקי העולם, ומערכות אקולוגיות עומדות בפני אתגרים רבים. הצריכה העולמית של דשנים כימיים הולכת וגדלה וממלאת תפקיד חיוני בתשואות היבול1. עם זאת, לצמחים הגדלים בצורה זו אין מספיק זמן לגדול ולהתבגר כראוי ולכן אינם רוכשים איכויות צמחיות מעולות2. בנוסף, תרכובות רעילות מזיקות מאוד עלולות להצטבר בגוף האדם ובאדמה3. לכן, יש צורך בפיתוח פתרונות ידידותיים לסביבה וברי קיימא להפחתת הצורך בדשנים כימיים. מיקרואורגניזמים מועילים יכולים להיות מקור חשוב לתרכובות טבעיות פעילות ביולוגית4.
קהילות אנדופיטיות בעלים משתנות בהתאם למין הצמח המארח או הגנוטיפ, שלב הצמיחה של הצמח ומורפולוגיה של הצמח. 13 מספר מחקרים דיווחו שלאזוספירילום, באצילוס, אזוטובקטר, פסאודומונס ואנטרובקטר יש פוטנציאללקדם את צמיחת הצמח. 14 יתר על כן, Bacillus ו- Azospirillum הם הסוגים הנחקרים ביותר של PGPB במונחים של שיפור צמיחת צמחים ותפוקה. 15 מחקרים הראו כי חיסון משותף של Azospirillum brasiliensis ו-Bradyrhizobium בקטניות יכול לשפר את התפוקה של תירס, חיטה, סויה ופולי כליות. 16, 17 מחקרים הראו שחיסון של Salicornia עם Bacillus licheniformis ו-PGPBs אחרים מעודדים באופן סינרגטי את צמיחת הצמח וספיגת חומרים מזינים. 18 Azospirillum brasiliensis Sp7 ו-Bacillus sphaericus UPMB10 משפרים את צמיחת השורשים של בננה מתוקה. באופן דומה, קשה לגדל זרעי שומר בגלל צמיחה וגטטיבית לקויה ונביטה נמוכה, במיוחד בתנאי לחץ בצורת20. טיפול בזרעים עם Pseudomonas fluorescens ו- Trichoderma harzianum משפר צמיחה מוקדמת של שתילי שומר בתנאי לחץ בצורת21. עבור סטיביה, נערכו מחקרים כדי להעריך את ההשפעות של פטריות מיקוריזליות וצמחים המעודדים rhizobacteria (PGPR) על יכולת האורגניזם לגדול, לצבור מטבוליטים משניים ולבטא גנים המעורבים בביוסינתזה. לפי Rahi et al.22, חיסון של צמחים עם PGPRs שונים שיפרה את צמיחתם, האינדקס הפוטוסינתטי והצטברות של stevioside ו- stevioside A. מצד שני, חיסון של stevia עם rhizobia מעודד צמיחת צמחים ופטריות arbuscular mycorrhizal עורר את גובה הצמח, stevioside ו- stevioeira גובה הצמח, 23Ppigment-side ו-23. al.24 דיווח כי האנדופיטים המגרים Enterobacter hormaechei H2A3 ו-H5A2 הגדילו את תכולת ה-SG, עוררו את צפיפות הטריכומה בעלים וקידמו הצטברות של מטבוליטים ספציפיים בטריכומות, אך הם לא קידמו את צמיחת הצמח;
GA3 הוא אחד מהחלבונים דמויי הג'יברלין החשובים והפעילים ביותר מבחינה ביולוגית31. טיפול אקסוגני בסטיביה עם GA3 יכול להגביר את התארכות הגבעולים והפריחה32. מצד שני, כמה מחקרים דיווחו ש-GA3 הוא גורם הממריץ את הצמחים לייצר מטבוליטים משניים כמו נוגדי חמצון ופיגמנטים, והוא גם מנגנון הגנה33.
קשרים פילוגנטיים של מבודדים ביחס לסוגי זנים אחרים. מספרי ההצטרפות ל-GenBank ניתנים בסוגריים.
פעילויות עמילאז, צלולאז ופרוטאז מוצגות כרצועות ברורות סביב המושבות, בעוד שמשקעים לבנים מסביב למושבות מצביעים על פעילות ליפאז. כפי שמוצג בטבלה 2, B. paramycoides SrAM4 יכול לייצר את כל ההידרולאזים, בעוד B. paralicheniformis SrMA3 יכול לייצר את כל האנזימים מלבד צלולאז, ו-B. licheniformis SrAM2 מייצר רק צלולאז.
מספר סוגים מיקרוביאליים חשובים נקשרו לסינתזה מוגברת של מטבוליטים משני בצמחי מרפא וארומטיים74. כל נוגדי החמצון האנזימטיים והלא אנזימטיים גדלו משמעותית ב-S. rebaudiana Shou-2 בהשוואה לביקורת. ההשפעה החיובית של PGPB על TPC באורז דווחה גם על ידי Chamam et al.75; יתר על כן, התוצאות שלנו תואמות את התוצאות של TPC, TFC ו-DPPH ב-S. rebaudiana, אשר יוחסה לפעולה המשולבת של Piriformospora indica ו- Azotobacter chroococcum76. TPC ו-TFC77 היו גבוהים משמעותית בצמחי בזיליקום שטופלו במיקרואורגניזמים בהשוואה לצמחים לא מטופלים. יתרה מכך, העלייה בנוגדי חמצון עשויה להתרחש משתי סיבות: אנזימים הידרוליטים מעוררים את מנגנוני ההגנה הצמחים המושרים באותו אופן כמו מיקרואורגניזמים פתוגניים עד שהצמח מסתגל להתיישבת חיידקים78. שנית, PGPB עשוי לשמש יוזם של אינדוקציה של תרכובות ביו-אקטיביות שנוצרו דרך מסלול השיקימט בצמחים ומיקרואורגניזמים גבוהים יותר 79 .
התוצאות הראו כי קיים קשר סינרגטי בין מספר עלים, ביטוי גנים וייצור SG כאשר זנים מרובים חוסנו יחד. מצד שני, חיסון כפול היה עדיף על חיסון בודד מבחינת צמיחה ופרודוקטיביות של צמחים.
אנזימים הידרוליטיים זוהו לאחר חיסון של חיידקים על מדיום אגר המכיל מצע אינדיקטור ודגירה ב-28 מעלות צלזיוס למשך 2-5 ימים. לאחר ציפוי חיידקים על מדיום אגר עמילן, פעילות עמילאז נקבעה באמצעות תמיסת יוד 100. פעילות הצלולאז נקבעה באמצעות ריאגנט קונגו אדום מימי 0.2% לפי השיטה של ​​Kianngam et al. 101 . פעילות פרוטאז נצפתה דרך אזורים ברורים מסביב למושבות המצופה על מדיום אגר חלב רזה כפי שתואר על ידי Cui et al. 102 . מצד שני, ליפאז 100 זוהה לאחר חיסון על מדיום Tween אגר.