The role of Plant Growth Promoting Rhizobacteria (PGPR) in Tomato plants growing under salt stress
Creators: name: Αβντούλη, Ντενίσα Α.
Publisher: name: Aristotle University of Thessaloniki
Year: 2024
Subjects: PGPR
Iδιόβλαστα Οξαλικού ασβεστίου
Αυξημένη Αλατότητα
Calcium Oxalate Idioblasts
Elevated Salinity

description: Η καταπόνηση λόγω αλατότητας επηρεάζει σημαντικά τη φυσιολογία των φυτών, μειώνοντας την ανάπτυξη και την απόδοση. Δεδομένης της κλιματικής αλλαγής και της επικείμενης επισιτιστικής κρίσης, η εξεύρεση βιώσιμων λύσεων είναι ζωτικής σημασίας. Τα ριζοβακτήρια που προάγουν την ανάπτυξη των φυτών (PGPR) είναι πολλά υποσχόμενα καθώς ενισχύουν την προσαρμογή τους σε αντίξοες συνθήκες όπως η αλατότητα. Οι κρύσταλλοι του οξαλικού ασβεστίου (CaOx) διαδραματίζουν σημαντικό ρόλο στα φυτά, συμπεριλαμβανομένου της υποβοήθησης της φωτοσύνθεσης και της λειτουργίας τους ως εναλλακτική πηγή άνθρακα σε συνθήκες καταπόνησης. Αντικείμενο της παρούσας εργασίας είναι η διερεύνηση της επίδρασης των PGPR προερχόμενα από ακραία περιβάλλοντα στην ανάπτυξη, τη φωτοσύνθεση και τις διακυμάνσεις των ιδιοβλαστών CaOx δύο γονότυπων τομάτας που παρουσιάζουν ποικίλες αποκρίσεις στην αλατότητα. Στην μελέτη αυτή χρησιμοποιήθαν τρία ριζοβακτήρια: Pseudomonas oryzihabitans (AXSa06), Pseudomonas putida (SAESo11), Acinetobacter calcoaceticus (SAVSo04) και το consortium τους, και έγινε εφαρμογή σε δύο γονότυπους Solanum lycopersicum: ACE 55VF (ευαίσθητη) και LA2661 (ανθεκτική). Οι παράμετροι ανάπτυξης και φωτοσυνθετικής δραστηριότητας, παρακολουθήθηκαν καθ' όλη τη διάρκεια του πειράματος. Επιπλέον, ο αριθμός και οι διακυμάνσεις των ιδιοβλαστών CaOx αξιολογήθηκαν μέσω ιστολογικής ανάλυσης. Στη μελέτη αυτή, η καταπόνηση αλατότητας εμφάνισε δοσοεξαρτώμενη επίδραση στην ανάπτυξη των φυτών, καθώς και ειδοειδικές αποκρίσεις που παρατηρήθηκαν παρουσία PGPR. Αξίζει να σημειωθεί ότι το AXSa06 ενίσχισετην ανθεκτικότητα των φυτών στην καταπόνηση, ενώ το SAESo11 και το SAVo04 προώθησαν την καθ΄ύψος ανάπτυξη τους. Η εφαρμογή PGPR, επηρέασε σημαντικά την απόδοση των φυτών με το consortium να προκαλεί μείωση τόσο σε κανονικές όσο και σε συνθήκες αλατότητας. Η παρουσία του PGPR στη ριζόσφαιρα μείωσε την απώλεια της βιομάζας που προκαλείται από την αλατότητα, με το SAESo11 να παρουσιάζει ανώτερη αφομοίωση σε σχέση με το SAVo04. Η αλατότητα περιόρισε σημαντικά τη φωτοσυνθετική ικανότητα των δύο γονότυπων τομάτας, σε σύγκριση με τους μάρτυρες. Ο εμβολιασμός με τα στελέχη άμβλυνε τις επιπτώσεις της αυξημένης αλατότητας στη φωτοσυνθετική δραστηριότητα, βελτιώνοντας το Anet κατά 20% σε σύγκριση με τα μη εμβολιασμένα φυτά υπό συνθήκες αλατότητας. Επιπρόσθετα, η καταπόνηση επηρέασε δυσμενώς τη φωτοχημική κβαντική απόδοση, ωστόσο τα PGPR έπαιξαν καθοριστικό ρόλο στη διατήρηση ή και την ενίσχυση της υπό συνθήκες αλατότητας, ρυθμίζοντας τη δραστηριότητα του φωτοσυστήματος II. Η μελέτη αποκάλυψε την επίδραση της ποικιλίας στον σχηματισμό CaOx, με το LA2661 να παρουσιάζει υψηλότερο αριθμό ιδιοβλαστών CaOx από το ACE 55VF. Η αυξημένη αλατότητα προκάλεσε ποικίλες αλλαγές στον αριθμό και τον όγκο CaOx. Ενδιαφέρον προκαλεί ο εμβολιασμός με το στέλεχος AXSa06 που αύξησε τη συσσώρευση CaOx, ενώ ο εμβολιασμός με SAESo11 και SAVSo04 και το consortium τους, μείωσε τη συσσώρευση CaOx στην ποικιλία LA2661. Επιπρόσθετα, παρατηρήθηκαν ημερήσιες διακυμάνσεις CaOx που σχετίζονται με τη συγκεκριμένη ποικιλία και πιθανώς και με τη φωτοσυνθετική δραστηριότητα των φυτών. Συμπερασματικά, η μελέτη υπογραμμίζει την ανάγκη για περαιτέρω διερεύνηση των μηχανισμών που διέπουν τα PGPR και την ανθεκτικότητα σε συνθήκες καταπόνησης, με ιδιαίτερη έμφαση στο δυναμικό χαρακτήρα του CaOx, καθώς είναι ζωτικής σημασίας για τις γεωργικές πρακτικές. Ακόμη, χρειάζεται περαιτέρω έρευνα πάνω στις βέλτιστες μεθόδους εμβολιασμού και την επι του πρακτέο εφαρμογή των PGPR στην δημιουργία ποικιλιών ανθεκτικών στην αλατότητα, προάγοντας τη βιώσιμη γεωργία ενόψει της κλιματικής κρίσης.
description: Salt stress significantly impacts plant physiology, reducing growth and yield. Given the climate crisis and impending food scarcity, finding sustainable solutions is crucial. Plant growth promoting rhizobacteria (PGPR) offer promise by enhancing plant growth and aiding adaptation to adverse conditions like salinity. Calcium oxalate (CaOx) crystals play vital roles in plants, including aiding photosynthesis and serving as a carbon source during stress. This study aims to investigate the impact of PGPR sourced from extreme environments on growth, photosynthesis, and fluctuations in CaOx idioblasts of two tomato genotypes exhibiting varying responses to salinity. Our research employed a controlled experimental design to investigate the impact of three rhizobacteria sourced from extreme environments; Pseudomonas oryzihabitans (AXSa06), Pseudomonas putida (SAESo11), Acinetobacter calcoaceticus (SAVSo04) and a consortium consisting of the two latter strains, on two Solanum lycopersicum genotypes; the salt sensitive ACE 55VF and salt tolerant LA2661. Growth parameters,(plant height and biomass), along with measurements of photosynthetic activity, were monitored throughout the experiment. Additionally, the abundance and fluctuations of CaOx idioblasts were assessed via histological and image analysis. In our study, salt stress exhibited a dose-dependent effect on plant growth, with strain specific responses observed in the presence of PGPR. Notably, AXSa06 maintained plant height resilience under salt stress, while SAESo11 and SAVo04 promoted shoot elongation. Application of PGPR, either as single strains or a consortium, significantly influenced plant performance, with the consortium causing a reduction in both saline and non-saline conditions. Introduction of PGPR into the rhizosphere ameliorated salinity-induced biomass loss, with SAESo11 showing superior biomass assimilation. The SAVo04 strain exhibited a subdued effect on plant weight, while its combination with SAESo11 mirrored trends in shoot length enhancement. Salinity significantly disrupted the photosynthetic capacity of both tomato genotypes, leading to a marked decrease in photosynthetic parameters compared to unstressed controls. Notably, inoculation with plant growth-promoting strains alleviated the damaging effects of elevated salinity on photosynthetic activity. The presence of PGPR in the root zone improved Anet by approximately 20% compared to non-inoculated plants under saline conditions. Additionally, salinity stress adversely affected the photochemical quantum yield ratio. By contrast, PGPR played a pivotal role in maintaining or enhancing the photochemical quantum yield ratio under saline conditions by regulating photosystem II activity. Our study revealed significant varietal effects on CaOx formation, with LA2661 exhibiting higher CaOx idioblast abundance than ACE 55VF. Salinity stress induced variable changes in CaOx number and volume. Interestingly, inoculation with the strain AXSa06 increased CaOx accumulation, while inoculation with SAESo11, and SAVSo04 and the consortium, decreased CaOx accumulation in the variety LA2661. Additionally, we observed variety-specific diurnal oscillations of CaOx, possibly correlated with plant photosynthetic activity variations. In conclusion, the study underscores the critical need for further investigation into PGPR and stress tolerance mechanisms, with a particular emphasis on CaOx dynamics. Understanding PGPR-mediated stress tolerance mechanisms, especially regarding CaOx dynamics, is crucial for agricultural strategies. Further research on optimal inoculation methods and genetic factors can aid in breeding salt-tolerant crop varieties, advancing sustainable agriculture in the face of environmental stress.