ISOLATION AND SELECTION OF ENDOPHYTIC BACTERIA CAPABLE OF FIXING NITROGEN AND SYNTHESIZING IAA FROM RICE PLANTS (Oryza sativa L.) IN DONG THAP AND LONG AN, VIETNAM
Main Article Content
Abstract
This study aimed to isolate and select endophytic bacteria from rice plants collected in Long An and Dong Thap that can fix nitrogen and synthesize indole-3-acetic acid (IAA), a plant growth-promoting substance. Subsequent screening identified 9 strains with nitrogen-fixing capabilities, producing ammonia levels ranging from 131.31 to 371.57 µg/mL, and 12 strains capable of synthesizing IAA, producing IAA levels ranging from 24.548 to 75.596 µg/mL. The two strains with the highest nitrogen fixation and IAA synthesis abilities were selected: strain LV5-L1 and strain LV1-R1. Investigating the effects of the selected microorganisms on rice growth, strains LV5-L1 and LV1-R1 showed the highest growth indicators. Strain LV5-L1 exhibited a stem length of 22.93 cm, a root length of 7.67 cm, a root number of 9.67, a chlorophyll a content of 10.87 µg/ml, and a chlorophyll b content of 5.5994 µg/ml. Strain LV1-R1 showed a stem length of 21.63 cm, a root length of 7.10 cm, a root number of 10, a chlorophyll a content of 10.77 µg/ml, and a chlorophyll b content of 5.349 µg/ml. Using molecular biology techniques, strain LV5-L1 was identified as having 98.35% similarity to Bacillus subtilis, demonstrated the highest nitrogen-fixing ability, and produced the greatest overall plant growth. Meanwhile, strain LV1-R1 was identified as having 100% similarity to Paenibacillus provencensis, exhibited the highest IAA synthesis, and significantly increased
root number.
Keywords
Endophytic bacteria, IAA synthesis, Nitrogen fixation, Rice plant
Article Details
References
Abdelwahed, S., Trabelsi, E., Saadouli, I., Kouidhi, S., Masmoudi, A.S., Cherif, A., Mnif, W., & Mosbah, A. (2022). A new pioneer colorimetric micro-plate method for the estimation of ammonia production by plant growth promoting rhizobacteria (PGPR). Main Group Chemistry, 21(1), 55-68. https://doi.org/https://doi.org/10.3233/MGC-210077
Ali, M., Ali, Q., Sohail, M. A., Ashraf, M. F., Saleem, M.H., Hussain, S., & Zhou, L. (2021). Diversity and taxonomic distribution of endophytic bacterial community in the rice plant and its prospective. International journal of molecular sciences, 22(18), 10165. https://doi.org/https://doi.org/10.3390/ijms221810165
Amaresan, N., Jayakumar, V., & Thajuddin, N. (2014). Isolation and characterization of endophytic bacteria associated with chilli (Capsicum annuum) grown in coastal agricultural ecosystem. Indian Journal of Biotechnology, 13(2), 247-255
El Khawas, H., Ibrahim, I., Anwar, H. M., & Hegazi, N. (2000). Isolation and characterization of plant growth-promoting rhizobacteria producing indole-3-acetic acid from plants growing in Egypt. Journal of Agricultural Chemistry and Biotechnology, 25(10), 6493-6502. https://doi.org/10.21608/jacb.2000.259828
Glickmann, E., & Dessaux, Y. (1995). A critical examination of the specificity of the Salkowski reagent for indolic compounds produced by phytopathogenic bacteria. Applied and environmental microbiology, 61(2), 793-796.
Grady, E. N., MacDonald, J., Liu, L., Richman, A., & Yuan, Z.-C. (2016). Current knowledge and perspectives of Paenibacillus: a review. Microbial cell factories, 15, 1-18. https://doi.org/10.1186/s12934-016-0603-7
Haerani, N., Syam'un, E., Rasyid, B., & Haring, F. (2021). Isolation and characterization of N-fixing and IAA producing rhizobacteria from two rice field agro-ecosystems in South Sulawesi, Indonesia. Biodiversitas Journal of Biological Diversity, 22(5). https://doi.org/https://doi.org/10.13057/biodiv/d220506
Hoang, T. L. A., Hoang, T. T., & Tran, V. C. (2024). Tuyển chọn chủng vi khuẩn hoạt lực cao về khả năng cố định nitơ và tổng hợp indole-3-acetic acid (IAA) từ đất trồng ngô tại huyện Phú Lương, tỉnh Thái Nguyên [Selection of highly active bacterial strains with the ability to fix nitrogen and synthesize indole-3-acetic acid (IAA) from corn soil in Phu Luong, Thai Nguyen]. Journal of Forestry Science and Technology, 13(2), 014-021. https://doi.org/https://doi.org/10.55250/Jo.vnuf.13.2.2024.014-021
Hoang, T. N. T., Nguyen, D. N., Nguyen, N.C. L., Tu, M. H., & Tran, T. X. P. (2022). Phân lập và tuyển chọn dòng vi khuẩn nội sinh trong cây lúa ở Thừa Thiên Huế [Isolation and selection of endophytic bacteria strainson ricein Thua Thien Hue]. Journal of Agricultural Science and Technology, 6(1), 2859-2870. https://doi.org/https://doi.org/10.46826/huaf-jasat.v6n1y2022.893
Ladha, J. K., Barraquio, W. L., & Revilla, L. (1997). Isolation of endophytic diazotrophic bacteria from wetland rice. In J. K. Ladha, F. J. de Bruijn, & K. A. Malik (Eds.), Opportunities for biological nitrogen fixation in rice and other non-legumes: Papers presented at the Second Working Group Meeting of the Frontier Project on Nitrogen Fixation in Rice (pp. 135–144). Springer Netherlands. https://doi.org/10.1007/978-94-011-7113-7.
Ly, N. T. X., Ngo, N. H., Le, V. D., Tran, V. D., & Trinh, Q. K. (2016). Hiệu quả của vi khuẩn nội sinh Burkholderia vietnamiensis lên sinh trưởng và năng suất lúa trồng trên ba vùng đất phèn đồng bằng sông Cửu Long [Applcation of plant-associated bacteria on the growth and yield of rice crops cultivated on acid sulphate soil in the Mekong Delta]. CTU Journal of Science, (44), 1-8. https://doi.org/10.22144/ctu.jvn.2016.459
Malfanova, N. V., Lugtenberg, B., & Berg, G. (2013). Endophytic bacteria with plant growth promoting and biocontrol abilities. Leiden University Repository. Hal, 15-37.
Nguyen, T. H. T., Nguyen, D. T., Lai, T. D., Nguyen, K.N. T., & Dinh, T. H. (2021). Nghiên cứu ứng dụng vi khuẩn nội sinh Bacillus velezensis VY03 trong phòng chống bệnh bạc lá lúa [Study on application of endophytic bacterium Bacillus velezensis VY03 in controlling rice bacterial blight disease]. Vietnam Journal of Agricultural Science and Technology, 06(127), 63-70.
Nguyen, T. M., & Do, T. M. T. (2017). Nghiên cứu phân lập và tuyển chọn vi sinh vật nội sinh từ vùng sinh thái đất mặn huyện Giao Thủy, tỉnh Nam Định [Research on isolation and selection of endophytic microorganisms from saline soil ecosystem of Giao Thuy, Nam Dinh]. Vietnam Agricultural Science Journal, 15(8), 1022-1032.
Nguyen, T. P., Tran, V. B. N., & Tran, D. G. (2017). Khảo sát ảnh hưởng của vi khuẩn nội sinh cây lúa đến sinh trưởng của một số giống lúa trồng phổ biến vùng đồng bằng sông Cửu Long ở giai đoạn mạ [Investigation the effect of rice endophytic bacteria on some common rice varieties cultivated in the Mekong Delta region at their vegetative phase]. The Dong Thap University Journal of Science, (28), 77-83. https://doi.org/10.52714/dthu.28.10.2017.514
Nguyen, T. P. O., Tran, B. M., & Nguyen, T. P. (2013). Phân lập và tuyển chọn một số dòng vi khuẩn đất vùng rễ lúa có khả năng cố định đạm và tổng hợp IAA [Isolation and selection several bacterial strains with the ability of fixing nitrogen and synthesizing Indole Acetic acid (IAA) from rice rhizosphere soil]. Can Tho University Journal of Science, (26), 82-88.
Nguyen, T. T. H., Ha, T. T., & Cao, N. D. (2009). Phân lập và đặc tính của những dòng vi khuẩn nội sinh trong một số cây cỏ chăn nuôi [Isolation and characterization of endophytic bacteria in several forage grass cultivars]. Vietnam Journal of Biotechnology, 7(2), 241-250.
Perin, L., Martínez-Aguilar, L., Castro-González, R., Estrada-De Los Santos, P., Cabellos-Avelar, T., Guedes, H., Reis, V., & Caballero-Mellado, J. (2006). Diazotrophic Burkholderia species associated with field-grown maize and sugarcane. Applied and environmental microbiology, 72(5), 3103-3110.
Pham, T. H., Nguyen, T. S., & Nguyen, Q. T. (2017). Phân lập và tuyển chọn vi khuẩn nội sinh có khả năng cố định đạm, phân giải lân, tổng hợp IAA từ cây lúa [Isolation and selection of endophytic bacteria capable of nitrogen fixation, phosphorus solubilization, and IAA synthesis from rice plants]. Science and Technology Journal of Agriculture & Rural Development, 1, 28-34.
Raweekul, W., Wuttitummaporn, S., Sodchuen, W., & Kittiwongwattana, C. (2016). Plant growth promotion by endophytic bacteria isolated from rice (Oryza sativa). Science & Technology Asia, 6-17. https://doi.org/https://ph02.tci-thaijo.org/index.php/SciTechAsia/article/view/52111
Sessitsch, A., Hardoim, P., Döring, J., Weilharter, A., Krause, A., Woyke, T., Mitter, B., Hauberg-Lotte, L., Friedrich, F., & Rahalkar, M. (2012). Functional characteristics of an endophyte community colonizing rice roots as revealed by metagenomic analysis. Molecular Plant-Microbe Interactions, 25(1), 28-36. https://doi.org/https://doi.org/10.1094/MPMI-08-11-0204
Siciliano, S.D., Fortin, N., Mihoc, A., Wisse, G., Labelle, S., Beaumier, D., Ouellette, D., Roy, R., Whyte, L.G., & Banks, M.K. (2001). Selection of specific endophytic bacterial genotypes by plants in response to soil contamination. Applied and environmental microbiology, 67(6), 2469-2475. https://doi.org/https://doi.org/10.1128/AEM.67.6.2469-2475.2001
Van, T. P. N., & Cao, N. D. (2014). Ảnh hưởng của vi khuẩn Azospirillum amazonense và Burkholderia kururiensis lên sự sinh trưởng và năng suất của lúa cao sản (giống ma lâm 213) trồng trên đất thịt pha cát ở thành phố Tuy Hòa, tỉnh Phú Yên [Effects of Azospirillum amazonense and Burkholderia kururiensison high-yielding Rice (cv. Ma Lam 213) cultivated on Sandy Loam soil of Tuy Hoa City, Phu Yen Province]. Can Tho University Journal of Science, (33), 85-96. https://doi.org/https://ctujsvn.ctu.edu.vn/index.php/ctujsvn/article/view/1514
Vu, V. D. (2023). Nghiên cứu tuyển chọn các chủng vi khuẩn chịu mặn có đặc tính kích thích sinh trưởng thực vật và tác động đến biểu hiện gen liên quan đến đáp ứng mặn của cây lúa [Study on selection of salt-tolerant bacterial strains with plant growth-promoting properties and effects on gene expression related to salt response in rice plants] [Doctoral thesis in biotechnology - Graduate University of Sciences and Technology].
Zahroya, I., Mubarik, N., and Tjahjoleksono, A. (2020). Isolation and characterization of indole-3-acetic acid producing bacteria from red onion rhizosphere. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 457(1), 012046. https://doi.org/10.1088/1755-1315/457/1/012046
Ali, M., Ali, Q., Sohail, M. A., Ashraf, M. F., Saleem, M.H., Hussain, S., & Zhou, L. (2021). Diversity and taxonomic distribution of endophytic bacterial community in the rice plant and its prospective. International journal of molecular sciences, 22(18), 10165. https://doi.org/https://doi.org/10.3390/ijms221810165
Amaresan, N., Jayakumar, V., & Thajuddin, N. (2014). Isolation and characterization of endophytic bacteria associated with chilli (Capsicum annuum) grown in coastal agricultural ecosystem. Indian Journal of Biotechnology, 13(2), 247-255
El Khawas, H., Ibrahim, I., Anwar, H. M., & Hegazi, N. (2000). Isolation and characterization of plant growth-promoting rhizobacteria producing indole-3-acetic acid from plants growing in Egypt. Journal of Agricultural Chemistry and Biotechnology, 25(10), 6493-6502. https://doi.org/10.21608/jacb.2000.259828
Glickmann, E., & Dessaux, Y. (1995). A critical examination of the specificity of the Salkowski reagent for indolic compounds produced by phytopathogenic bacteria. Applied and environmental microbiology, 61(2), 793-796.
Grady, E. N., MacDonald, J., Liu, L., Richman, A., & Yuan, Z.-C. (2016). Current knowledge and perspectives of Paenibacillus: a review. Microbial cell factories, 15, 1-18. https://doi.org/10.1186/s12934-016-0603-7
Haerani, N., Syam'un, E., Rasyid, B., & Haring, F. (2021). Isolation and characterization of N-fixing and IAA producing rhizobacteria from two rice field agro-ecosystems in South Sulawesi, Indonesia. Biodiversitas Journal of Biological Diversity, 22(5). https://doi.org/https://doi.org/10.13057/biodiv/d220506
Hoang, T. L. A., Hoang, T. T., & Tran, V. C. (2024). Tuyển chọn chủng vi khuẩn hoạt lực cao về khả năng cố định nitơ và tổng hợp indole-3-acetic acid (IAA) từ đất trồng ngô tại huyện Phú Lương, tỉnh Thái Nguyên [Selection of highly active bacterial strains with the ability to fix nitrogen and synthesize indole-3-acetic acid (IAA) from corn soil in Phu Luong, Thai Nguyen]. Journal of Forestry Science and Technology, 13(2), 014-021. https://doi.org/https://doi.org/10.55250/Jo.vnuf.13.2.2024.014-021
Hoang, T. N. T., Nguyen, D. N., Nguyen, N.C. L., Tu, M. H., & Tran, T. X. P. (2022). Phân lập và tuyển chọn dòng vi khuẩn nội sinh trong cây lúa ở Thừa Thiên Huế [Isolation and selection of endophytic bacteria strainson ricein Thua Thien Hue]. Journal of Agricultural Science and Technology, 6(1), 2859-2870. https://doi.org/https://doi.org/10.46826/huaf-jasat.v6n1y2022.893
Ladha, J. K., Barraquio, W. L., & Revilla, L. (1997). Isolation of endophytic diazotrophic bacteria from wetland rice. In J. K. Ladha, F. J. de Bruijn, & K. A. Malik (Eds.), Opportunities for biological nitrogen fixation in rice and other non-legumes: Papers presented at the Second Working Group Meeting of the Frontier Project on Nitrogen Fixation in Rice (pp. 135–144). Springer Netherlands. https://doi.org/10.1007/978-94-011-7113-7.
Ly, N. T. X., Ngo, N. H., Le, V. D., Tran, V. D., & Trinh, Q. K. (2016). Hiệu quả của vi khuẩn nội sinh Burkholderia vietnamiensis lên sinh trưởng và năng suất lúa trồng trên ba vùng đất phèn đồng bằng sông Cửu Long [Applcation of plant-associated bacteria on the growth and yield of rice crops cultivated on acid sulphate soil in the Mekong Delta]. CTU Journal of Science, (44), 1-8. https://doi.org/10.22144/ctu.jvn.2016.459
Malfanova, N. V., Lugtenberg, B., & Berg, G. (2013). Endophytic bacteria with plant growth promoting and biocontrol abilities. Leiden University Repository. Hal, 15-37.
Nguyen, T. H. T., Nguyen, D. T., Lai, T. D., Nguyen, K.N. T., & Dinh, T. H. (2021). Nghiên cứu ứng dụng vi khuẩn nội sinh Bacillus velezensis VY03 trong phòng chống bệnh bạc lá lúa [Study on application of endophytic bacterium Bacillus velezensis VY03 in controlling rice bacterial blight disease]. Vietnam Journal of Agricultural Science and Technology, 06(127), 63-70.
Nguyen, T. M., & Do, T. M. T. (2017). Nghiên cứu phân lập và tuyển chọn vi sinh vật nội sinh từ vùng sinh thái đất mặn huyện Giao Thủy, tỉnh Nam Định [Research on isolation and selection of endophytic microorganisms from saline soil ecosystem of Giao Thuy, Nam Dinh]. Vietnam Agricultural Science Journal, 15(8), 1022-1032.
Nguyen, T. P., Tran, V. B. N., & Tran, D. G. (2017). Khảo sát ảnh hưởng của vi khuẩn nội sinh cây lúa đến sinh trưởng của một số giống lúa trồng phổ biến vùng đồng bằng sông Cửu Long ở giai đoạn mạ [Investigation the effect of rice endophytic bacteria on some common rice varieties cultivated in the Mekong Delta region at their vegetative phase]. The Dong Thap University Journal of Science, (28), 77-83. https://doi.org/10.52714/dthu.28.10.2017.514
Nguyen, T. P. O., Tran, B. M., & Nguyen, T. P. (2013). Phân lập và tuyển chọn một số dòng vi khuẩn đất vùng rễ lúa có khả năng cố định đạm và tổng hợp IAA [Isolation and selection several bacterial strains with the ability of fixing nitrogen and synthesizing Indole Acetic acid (IAA) from rice rhizosphere soil]. Can Tho University Journal of Science, (26), 82-88.
Nguyen, T. T. H., Ha, T. T., & Cao, N. D. (2009). Phân lập và đặc tính của những dòng vi khuẩn nội sinh trong một số cây cỏ chăn nuôi [Isolation and characterization of endophytic bacteria in several forage grass cultivars]. Vietnam Journal of Biotechnology, 7(2), 241-250.
Perin, L., Martínez-Aguilar, L., Castro-González, R., Estrada-De Los Santos, P., Cabellos-Avelar, T., Guedes, H., Reis, V., & Caballero-Mellado, J. (2006). Diazotrophic Burkholderia species associated with field-grown maize and sugarcane. Applied and environmental microbiology, 72(5), 3103-3110.
Pham, T. H., Nguyen, T. S., & Nguyen, Q. T. (2017). Phân lập và tuyển chọn vi khuẩn nội sinh có khả năng cố định đạm, phân giải lân, tổng hợp IAA từ cây lúa [Isolation and selection of endophytic bacteria capable of nitrogen fixation, phosphorus solubilization, and IAA synthesis from rice plants]. Science and Technology Journal of Agriculture & Rural Development, 1, 28-34.
Raweekul, W., Wuttitummaporn, S., Sodchuen, W., & Kittiwongwattana, C. (2016). Plant growth promotion by endophytic bacteria isolated from rice (Oryza sativa). Science & Technology Asia, 6-17. https://doi.org/https://ph02.tci-thaijo.org/index.php/SciTechAsia/article/view/52111
Sessitsch, A., Hardoim, P., Döring, J., Weilharter, A., Krause, A., Woyke, T., Mitter, B., Hauberg-Lotte, L., Friedrich, F., & Rahalkar, M. (2012). Functional characteristics of an endophyte community colonizing rice roots as revealed by metagenomic analysis. Molecular Plant-Microbe Interactions, 25(1), 28-36. https://doi.org/https://doi.org/10.1094/MPMI-08-11-0204
Siciliano, S.D., Fortin, N., Mihoc, A., Wisse, G., Labelle, S., Beaumier, D., Ouellette, D., Roy, R., Whyte, L.G., & Banks, M.K. (2001). Selection of specific endophytic bacterial genotypes by plants in response to soil contamination. Applied and environmental microbiology, 67(6), 2469-2475. https://doi.org/https://doi.org/10.1128/AEM.67.6.2469-2475.2001
Van, T. P. N., & Cao, N. D. (2014). Ảnh hưởng của vi khuẩn Azospirillum amazonense và Burkholderia kururiensis lên sự sinh trưởng và năng suất của lúa cao sản (giống ma lâm 213) trồng trên đất thịt pha cát ở thành phố Tuy Hòa, tỉnh Phú Yên [Effects of Azospirillum amazonense and Burkholderia kururiensison high-yielding Rice (cv. Ma Lam 213) cultivated on Sandy Loam soil of Tuy Hoa City, Phu Yen Province]. Can Tho University Journal of Science, (33), 85-96. https://doi.org/https://ctujsvn.ctu.edu.vn/index.php/ctujsvn/article/view/1514
Vu, V. D. (2023). Nghiên cứu tuyển chọn các chủng vi khuẩn chịu mặn có đặc tính kích thích sinh trưởng thực vật và tác động đến biểu hiện gen liên quan đến đáp ứng mặn của cây lúa [Study on selection of salt-tolerant bacterial strains with plant growth-promoting properties and effects on gene expression related to salt response in rice plants] [Doctoral thesis in biotechnology - Graduate University of Sciences and Technology].
Zahroya, I., Mubarik, N., and Tjahjoleksono, A. (2020). Isolation and characterization of indole-3-acetic acid producing bacteria from red onion rhizosphere. IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, 457(1), 012046. https://doi.org/10.1088/1755-1315/457/1/012046