Isolation and characterization of encapsulated plant growth-promoting Enterobacter sp. SA10 for enhancing chili growth

• DOI: 10.1016/j.jksus.2024.103197
• Publication Date: 2024-04-04T16:33:19Z
• Authors: N. Siti Anis Syaz...; N.M.I. Othman; S. Aida Soraya; T.K.Z. Ali; M. Musliyana
• Keywords: Mechanisms of Plant Immune Response; Science (General); Enterobacter; Plant Science; Microbiology; Biochemistry; Gene; Agricultural and Biological Sciences; Q1-390; Isolation (microbiology); Symbiotic Nitrogen Fixation in Legumes; Biochemistry, Genetics and Molecular Biology; Escherichia coli; Molecular Biology; Biology; Plant growth; Elicitor Signal Transduction for Metabolite Production; Bacteria; Botany; Life Sciences; Biochar; Chemistry; Capsicum annuum L; FOS: Biological sciences; Biofertilizer; Encapsulation

Plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR) can increase plant growth and encapsulation of PGPR with biochar ensures the viability and survival of PGPR. However, this approach is still underexplored. The objectives of this study: 1) to isolate and select a potential PGPR from rice rhizosphere based on plant growth-promoting characterization, 2) encapsulate the selected PGPR strain SA-10 using biochar and sodium alginate, and 3) assess the effect of encapsulated and non-encapsulated SA-10 on chili plant growth compared to a non-inoculated SA-10 and control. SA-10 was isolated from rice rhizosphere and characterized for plant growth promoting traits including, the nitrogen fixation, phosphate solubilization, production of siderophore, production of indole acetic acid and production of cellulose degradation enzyme. SA-10 was encapsulated in alginate beads along with biochar. A pot experiment conducted using encapsulated SA-10, non-encapsulated SA-10, and a control group to assess the effects of encapsulated SA-10 application on chili plants using complete randomized design (CRD) experimental design with four replications. About 28 bacteria isolates were isolated from the rhizosphere and endospheric of rice crops to determine their effects on the growth of chili plants. The isolates were characterized with zinc, phosphate, and potassium solubilization, siderophores production, and cellulose degradation. The findings showed isolate SA-10 solubilized zinc at a rate of 41.6 %, phosphate at 50 %, and potassium at 76.9 %. It also fixed nitrogen, produced siderophores and degraded cellulose. The isolate also produced the highest IAA at 4.007 mg/L. Isolate SA-10 was then encapsulated in a mixture of biochar and sodium alginate. The results showed that plants treated with encapsulated SA-10 had significantly higher leaf area (3.68 cm2), leaf diameter (6.55 cm), and dry weight (0.39 g) compared to those treated with non-encapsulated and the control treatment. Through 16S rRNA gene sequencing, it was identified that SA-10 belongs to the Enterobacter genus, closely resembling Enterobacter chuandaensis. The findings suggest that Enterobacter sp. SA-10 enhances plant growth, and the use of encapsulated SA-10 with biochar contributes to the growth of chili plants. The encapsulated Enterobacter sp. SA-10 has a promising potential in enhancing crop yield production and promoting sustainable agriculture.<br/>Las rizobacterias promotoras del crecimiento de las plantas (PGPR) pueden aumentar el crecimiento de las plantas y la encapsulación de PGPR con biochar garantiza la viabilidad y la supervivencia de PGPR. Sin embargo, este enfoque sigue siendo poco explorado. Los objetivos de este estudio: 1) aislar y seleccionar un PGPR potencial de la rizosfera del arroz en función de la caracterización promotora del crecimiento vegetal, 2) encapsular la cepa SA-10 de PGPR seleccionada utilizando biochar y alginato de sodio, y 3) evaluar el efecto de SA-10 encapsulado y no encapsulado en el crecimiento de la planta de chile en comparación con un SA-10 no inoculado y control. SA-10 se aisló de la rizosfera del arroz y se caracterizó por rasgos que promueven el crecimiento vegetal que incluyen la fijación de nitrógeno, la solubilización de fosfato, la producción de sideróforo, la producción de ácido indolacético y la producción de enzima de degradación de celulosa. SA-10 se encapsuló en perlas de alginato junto con biochar. Un experimento en maceta realizado utilizando SA-10 encapsulado, SA-10 no encapsulado y un grupo de control para evaluar los efectos de la aplicación de SA-10 encapsulado en plantas de chile utilizando un diseño experimental de diseño aleatorizado completo (CRD) con cuatro replicaciones. Se aislaron alrededor de 28 bacterias aisladas de la rizosfera y la endosfera de los cultivos de arroz para determinar sus efectos sobre el crecimiento de las plantas de chile. Los aislados se caracterizaron con solubilización de zinc, fosfato y potasio, producción de sideróforos y degradación de celulosa. Los hallazgos mostraron que el aislado SA-10 solubilizó zinc a una tasa del 41,6 %, fosfato al 50 % y potasio al 76,9 %. También fijaba el nitrógeno, producía sideróforos y degradaba la celulosa. El aislado también produjo el IAA más alto a 4.007 mg/L. El aislado SA-10 luego se encapsuló en una mezcla de biochar y alginato de sodio. Los resultados mostraron que las plantas tratadas con SA-10 encapsulado tenían un área foliar significativamente mayor (3.68 cm2), diámetro foliar (6.55 cm) y peso seco (0.39 g) en comparación con las tratadas con tratamiento no encapsulado y control. A través de la secuenciación del gen ARNr 16S, se identificó que SA-10 pertenece al género Enterobacter, que se asemeja mucho a Enterobacter chuandaensis. Los hallazgos sugieren que Enterobacter sp. SA-10 mejora el crecimiento de las plantas, y el uso de SA-10 encapsulado con biochar contribuye al crecimiento de las plantas de chile. La Enterobacter sp. SA-10 tiene un potencial prometedor para mejorar la producción de rendimiento de los cultivos y promover la agricultura sostenible.<br/>Les rhizobactéries favorisant la croissance des plantes (PGPR) peuvent augmenter la croissance des plantes et l'encapsulation de PGPR avec du biochar assure la viabilité et la survie de PGPR. Cependant, cette approche est encore sous-explorée. Les objectifs de cette étude : 1) isoler et sélectionner une PGPR potentielle à partir de la rhizosphère de riz sur la base d'une caractérisation favorisant la croissance des plantes, 2) encapsuler la souche PGPR SA-10 sélectionnée à l'aide de biochar et d'alginate de sodium, et 3) évaluer l'effet de la SA-10 encapsulée et non encapsulée sur la croissance des plantes de piment par rapport à une SA-10 et à un témoin non inoculés. La SA-10 a été isolée de la rhizosphère du riz et caractérisée pour ses caractéristiques favorisant la croissance des plantes, notamment la fixation de l'azote, la solubilisation du phosphate, la production de sidérophore, la production d'acide indole acétique et la production d'enzyme de dégradation de la cellulose. Le SA-10 a été encapsulé dans des billes d'alginate avec du biochar. Une expérience en pot menée à l'aide de SA-10 encapsulé, de SA-10 non encapsulé et d'un groupe témoin pour évaluer les effets de l'application de SA-10 encapsulé sur les plants de piment à l'aide d'un plan expérimental complet de conception randomisée (CRD) avec quatre réplications. Environ 28 isolats de bactéries ont été isolés de la rhizosphère et de l'endosphère des cultures de riz pour déterminer leurs effets sur la croissance des plants de piment. Les isolats ont été caractérisés par la solubilisation du zinc, du phosphate et du potassium, la production de sidérophores et la dégradation de la cellulose. Les résultats ont montré que l'isolat SA-10 solubilisait le zinc à un taux de 41,6 %, le phosphate à 50 % et le potassium à 76,9 %. Il fixe également l'azote, produit des sidérophores et dégrade la cellulose. L'isolat a également produit l'AIA le plus élevé à 4,007 mg/L. L'isolat SA-10 a ensuite été encapsulé dans un mélange de biochar et d'alginate de sodium. Les résultats ont montré que les plantes traitées avec du SA-10 encapsulé avaient une surface foliaire (3,68 cm2), un diamètre foliaire (6,55 cm) et un poids sec (0,39 g) significativement plus élevés que celles traitées avec du SA-10 non encapsulé et le traitement témoin. Grâce au séquençage du gène de l'ARNr 16S, il a été identifié que SA-10 appartient au genre Enterobacter, ressemblant étroitement à Enterobacter chuandaensis. Les résultats suggèrent qu'Enterobacter sp. SA-10 améliore la croissance des plantes, et l'utilisation de SA-10 encapsulé avec du biochar contribue à la croissance des plants de piment. L'Enterobacter sp encapsulé. Le SA-10 a un potentiel prometteur pour améliorer la production de rendement des cultures et promouvoir une agriculture durable.<br/>يمكن أن تزيد البكتيريا الجذرية المعززة لنمو النبات (PGPR) من نمو النبات ويضمن تغليف PGPR مع الفحم الحيوي بقاء PGPR وبقائه. ومع ذلك، لا يزال هذا النهج غير مستكشف بالقدر الكافي. أهداف هذه الدراسة: 1) عزل واختيار PGPR محتمل من رايزوسفير الأرز بناءً على خصائص تعزيز نمو النبات، 2) تغليف سلالة PGPR المختارة SA -10 باستخدام الفحم الحيوي وجينات الصوديوم، و 3) تقييم تأثير SA -10 المغلف وغير المغلف على نمو نبات الفلفل الحار مقارنة بـ SA -10 غير الملقح والتحكم فيه. تم عزل SA -10 عن جذمور الأرز وتميزت بسمات تعزيز نمو النبات بما في ذلك تثبيت النيتروجين وذوبان الفوسفات وإنتاج حامض السيدروف وإنتاج حمض الإندول الأسيتيك وإنتاج إنزيم تحلل السليلوز. تم تغليف SA -10 بخرز الجينات جنبًا إلى جنب مع الفحم الحيوي. تجربة وعاء أجريت باستخدام SA -10 المغلف، SA -10 غير المغلف، ومجموعة ضابطة لتقييم آثار تطبيق SA -10 المغلف على نباتات الفلفل الحار باستخدام تصميم تجريبي عشوائي كامل (CRD) مع أربع نسخ. تم عزل حوالي 28 عزلة بكتيرية عن جذمور وباطن الغلاف الجوي لمحاصيل الأرز لتحديد آثارها على نمو النباتات الحارة. وتميزت المواد المعزولة بذوبان الزنك والفوسفات والبوتاسيوم وإنتاج الناقلات الحديدية وتحلل السليلوز. وأظهرت النتائج عزل الزنك المذاب SA -10 بمعدل 41.6 ٪، والفوسفات بنسبة 50 ٪، والبوتاسيوم بنسبة 76.9 ٪. كما أنه ثبت النيتروجين، وأنتج حاملي الحديد والسليلوز المتحلل. أنتج العزل أيضًا أعلى IAA عند 4.007 مجم/لتر. ثم تم تغليف عزل SA -10 في خليط من الفحم الحيوي وألجينات الصوديوم. أظهرت النتائج أن النباتات المعالجة بـ SA -10 المغلفة كان لها مساحة ورقة أعلى بكثير (3.68 سم 2)، وقطر الورقة (6.55 سم)، والوزن الجاف (0.39 جم) مقارنة بالنباتات المعالجة بـ غير المغلفة والمعالجة الضابطة. من خلال تسلسل جين 16S rRNA، تم تحديد أن SA -10 ينتمي إلى جنس البكتيريا المعوية، ويشبه إلى حد كبير البكتيريا المعوية Chuandaensis. تشير النتائج إلى أن البكتيريا المعوية يعزز SA -10 نمو النبات، ويسهم استخدام SA -10 المغلف مع الفحم الحيوي في نمو نباتات الفلفل الحار. البكتيريا المعوية المغلفة sp. لدى SA -10 إمكانات واعدة في تعزيز إنتاج المحاصيل وتعزيز الزراعة المستدامة.<br/>