Untersuchungen über die Wirkung von Stoffwechselprodukten, insbesondere Auxinen, des wachstumsfördernden Rhizobakteriums (PGPR) Bacillus subtilis auf die pflanzliche Salztoleranz

Abstract

Zur Aufklärung des Wirkungsmechanismus der toleranzerhöhenden Wirkung gegenüber Salinität des Pflanzenwurzeln besiedelnden PGPR Bacillus subtilis wurden bakterielle Stoffwechselprodukte der Stämme FZB24 und FZB41 bei der Testpflanze Tomate unter dem Einfluss von hohem Salzstress getestet. Das Kulturfiltrat mit der Gesamtheit der von B. subtilis produzierten Stoffwechselprodukte zeigte im axenischen Test zur Ermittlung des Wachstums nach 7-tägiger Behandlung der Sämlinge und nachfolgender Kultivierung unter Salzstress eine gewisse toleranzerhöhende Wirkung bei 0,1 %-Konzentration. Zur Produktaufschlüsselung wurde das Kulturfiltrat über Adsorberharz und HPLC fraktioniert. Diese Fraktionen, sowie die aus dem Kulturfiltrat nach 19 h Fermentation wurden ebenfalls bei Sämlingen axenisch getestet. Fraktionen mit verschiedenen Proteinen und Peptiden, die von B. subtilis produziert werden, zeigten teilweise eine konzentrationsabhängige Wirkung hinsichtlich der Wachstumsstimulierung und zugleich Toleranzerhöhung gegenüber Salzstress, weshalb nachfolgend ein Peptidextrakt aus B. subtilis einer Testung im axenischen System unterzogen wurde. Der Peptidextrakt zeigte gleichfalls eine erkennbare konzentrationsabhängige Wirkung. Mit gleichem Testsystem wurden Auxin-Präkursoren und Auxin selbst, die als Stoffwechselprodukte von B. subtilis nachgewiesen sind, sowohl als Wurzelbehandlung, wie auch als Blattbehandlung bei Sämlingen geprüft. Zusätzlich wurde die Wirkung der Auxine auf den Wassergehalt der Sämlinge unter Salzstress, sowie die Adventivwurzelbildung von Hypokotylsegmenten aus etiolierten Sämlingen in An- und Abwesenheit von Salinität getestet. Darüber hinaus wurde die Aufnahme und der Transport von Auxinen, ebenfalls bei Sprosssegmenten aus etiolierten Sämlingen in An- und Abwesenheit von Salinität geprüft. Schließlich wurde die Wirkung der Auxine auf das Wachstum und den Wassergehalt in einer Hydrokultur im Gewächshaus unter Salzstress ermittelt. Die Ergebnisse zeigen, dass namentlich Auxin-Präkursoren und z. T. Auxin als Stoffwechselprodukte von B. subtilis eine Erhöhung der Salzstresstoleranz bei der Testpflanze herbeiführen können, wenngleich die Wirkung auf die Salztoleranz sehr differenziert und unterschiedlich stark ausgeprägt war. Der vorhandene Effekt vor allem der Auxin-Präkursoren wird als offenbar bedeutendster Mechanismus für die wachstumsstimulierende und zugleich toleranzerhöhende Wirkung gegenüber Salinität des Rhizobakteriums bei Wurzelbesiedlung und Interaktion mit dem pflanzlichen Stoffwechsel diskutiert.

To find out the mode of tolerance increasing action against salinity of the plant root colonizing PGPR Bacillus subtilis, bacterial metabolites of the strains FZB24 and FZB41 were studied in the test plant tomato under the influence of high salinity. Because the culture filtrate with the whole range of produced metabolites by B. subtilis showed to a certain extent a tolerance increasing action at dilution of 0,1 % in axenic plant growth tests after 7 days treatment of seedlings and subsequent cultivation under salt stress, it has been fractionated with adsorber resin and HPLC. These fractions, as well as fractions from the culture filtrate after 19 h fermentation were tested also by seedlings in axenic culture. Fractions with different proteins and peptides, which were produced by B. subtilis, showed partly activities also depending of concentration with regard to the growth stimulation and at the same time tolerance increase against salt stress. Following also a peptide extract from B. subtilis was examined in the axenic plant test system, showing similarly a visible action depending of concentration. In the same test system there were tested further auxin precursors and auxin itself, which are known metabolites of B. subtilis, on seedlings both by root treatment and leaf treatment. Additionally was studied the action of auxins on the water content of the seedlings under salt stress, as well as on the adventitious root formation of hypokotyl segments from etiolated seedlings, in presence and absence of salinity. Finally it was studied the uptake and transport of auxins in segments of stems from etiolated seedlings in presence and absence of salinity. Lastly it was tested the action of auxins on plant growth and water content in a hydroponic cultivation under greenhouse conditions and salt stress. The results show that particularly auxin precursors and partly auxin as metabolites of B. subtilis can induce an increase in the salt stress tolerance of the test plant, although the action on the salt tolerance was differentiated and variable in its extent. The existing effect firstly of the auxin precursors is discussed as obviously main mechanism for the plant growth stimulating and at the same time tolerance increasing action of the rhizobacterium against salinity by root colonization and interaction with the plant metabolism.