Біологічні системи: теорія та інновації

Бактерії роду Bacillus як ефективний та безпечний засіб захисту рослин від патогенних мікроорганізмів

Софія Козлова*

kozlovasofia625@gmail.com

Завантажити статтю
Анотація

Метою дослідження було встановити взаємозв’язок між антагоністичною активністю штамів Bacillus та їх впливом на ріст рослин і мікробіологічну рівновагу ґрунту. У роботі застосовували комплекс мікробіологічних, фізіологічних і статистичних методів, зокрема метод агарових лунок для визначення антагонізму, метод серійних розведень для підрахунку колоній, трифенілтетразолій-хлоридний метод для оцінки активності дегідрогеназ і дисперсійний аналіз (ANOVA) для перевірки достовірності результатів. Показано, що B. subtilis стабільно перевищував B. amyloliquefaciens за інгібувальною здатністю: середні діаметри зон пригнічення були більшими на 10-15 %, а індекс пригнічення росту – на 5-8 %. Для Fusarium oxysporum зниження індексу ураження становило 33,0 процентних пункти (з 53,8 % до 20,8 %), для Alternaria solani – 29,0 процентних пунктів для Pseudomonas syringae – 27,1 процентних пункта. Частка здорових рослин збільшувалася з 51,5-56,3 % у контролі до 86,2-87,3 % при застосуванні B. subtilis і 82,4-84,1 % при B. amyloliquefaciens. Біопрепарати стимулювали ріст рослин: висота, кількість листків і маса кореня зростали на 20-40 % порівняно з контролем, перевищуючи ефективність біологічного стандарту на 5-10 %. Протягом експерименту не виявлено жодних ознак фітотоксичності чи деградації ґрунту. Біопрепарати підтримували стабільну чисельність сапрофітів (1,8 × 10⁶ КУО/г), актиноміцетів (1,9 × 10⁶ КУО/г) і грибів (1,8 × 10⁵ КУО/г), а активність дегідрогеназ досягала 103 % від контролю. Отримані результати підтвердили, що Bacillus subtilis і Bacillus amyloliquefaciens є ефективними антагоністами фітопатогенів і безпечними біостимуляторами, здатними забезпечити підвищення продуктивності та стабілізацію мікробіоценозу ґрунту. Їх застосування рекомендовано як екологічно стійку альтернативу хімічним фунгіцидам у системах сталого землеробства

Ключові слова

антагонізм; біоконтрольна дія; індекс ураження; екологічна безпека; ризосфера

ЦИТУВАТИ
Kozlova, S. (2025). Bacteria of Bacillus genus as efficient and safe plant protection agent against pathogenic microorganisms. Biological Systems: Theory and Innovation, 16(4), 101-117. https://doi.org/10.31548/biologiya/4.2025.101
Використані джерела
  1. Abd-Elgawad, M.M.M. (2024). Bacillus species: Prospects and applications for the root-knot disease management. In Microbial biostimulants (pp. 79-105). New York: Apple Academic Press.
  2. Ajuna, H.B., Lim, H.-I., Moon, J.-H., Won, S.-J., Choub, V., Choi, S.-I., Yun, J.-Y., & Ahn, Y. S. (2024). The prospect of antimicrobial peptides from Bacillus species with biological control potential against insect pests and diseases of economic importance in agriculture, forestry and fruit tree production. Biotechnology & Biotechnological Equipment, 38(1), article number 2312115. doi: 10.1080/13102818.2024.2312115.
  3. Ali, A., et al. (2022). Antagonistic potential of bacterial species against fungal plant pathogens (FPP) and their role in plant growth promotion (PGP): A review. Phyton, 91(9), 1859-1877. doi: 10.32604/phyton.2022.021734.
  4. Ayaz, M., et al. (2023). Bacterial and fungal biocontrol agents for plant disease protection: Journey from lab to field, current status, challenges, and global perspectives. Molecules, 28(18), article number 6735. doi: 10.3390/molecules28186735.
  5. Blanco Crivelli, X., Cundon, C., Bonino, M.P., Sanin, M.S., & Bentancor, A. (2024). The complex and changing genus Bacillus: A diverse bacterial powerhouse for many applications. Bacteria, 3(3), 256-270. doi: 10.3390/bacteria3030017.
  6. Boulahouat, S., Cherif-Silini, H., Silini, A., Bouket, A.C., Luptakova, L., Alenezi, F.N., & Belbahri, L. (2023). Biocontrol efficiency of rhizospheric Bacillus against the plant pathogen Fusarium oxysporum: A promising approach for sustainable agriculture. Microbiology Research, 14(3), 892-908. doi: 10.3390/microbiolres14030062.
  7. Convention on Biological Diversity. (1992, June). Retrieved from https://zakon.rada.gov.ua/laws/show/995_030#Text.
  8. Dutilloy, E., Oni, F.E., Esmaeel, Q., Clément, C., & Barka, E.A. (2022). Plant beneficial bacteria as bioprotectants against wheat and barley diseases. Journal of Fungi, 8(6), article number 632. doi: 10.3390/jof8060632.
  9. El-Saadony, M.T., et al. (2022). Plant growth-promoting microorganisms as biocontrol agents of plant diseases: Mechanisms, challenges and future perspectives. Frontiers in Plant Science, 13, article number 923880. doi: 10.3389/fpls.2022.923880.
  10. Fessia, A., Barra, P., Barros, G., & Nesci, A. (2022). Could Bacillus biofilms enhance the effectivity of biocontrol strategies in the phyllosphere? Journal of Applied Microbiology, 133(4), 2148-2166. doi: 10.1111/jam.15596.
  11. Figueroa-Brambila, K.M., Escalante-Beltrán, A., Montoya-Martínez, A.C., Díaz-Rodríguez, A.M., López-Montoya, N.D., Parra-Cota, F.I., & de Los Santos-Villalobos, S. (2023). Bacillus cabrialesii: Five years of research on a novel species of biological control and plant growth-promoting bacteria. Plants, 12(13), article number 2419. doi: 10.3390/plants12132419.
  12. Jang, S., Choi, S.K., Zhang, H., Zhang, S., Ryu, C.M., & Kloepper, J.W. (2023). History of a model plant growth-promoting rhizobacterium, Bacillus velezensis GB03: From isolation to commercialization. Frontiers in Plant Science, 14, article number 1279896. doi: 10.3389/fpls.2023.1279896.
  13. Khan, A.R., Mustafa, A., Hyder, S., Valipour, M., Rizvi, Z.F., Gondal, A.S., Yousuf, Z., Iqbal, R., & Daraz, U. (2022). Bacillus spp. as bioagents: Uses and application for sustainable agriculture. Biology, 11(12), article number 1763. doi: 10.3390/biology11121763.
  14. Kolchyk, O.V., Borovuk, I.V., Buzun, A.I., Іllarionova, & Zazharska, N.M. (2024). Microorganisms’ growth inhibition in poultry meat using Bacillus spp. World’s Veterinary Journal, 14(3), 424-434.
  15. Kolomiiets, Y., Butsenko, L., Yemets, A., & Blume, Y. (2024). The use of PGPB-based bioformulations to control bacterial diseases of vegetable crops in Ukraine. The Open Agriculture Journal, 18(1), article number e18743315283724. doi: 10.2174/0118743315283724231220104524.
  16. Maciag, T., Kozieł, E., Rusin, P., Otulak-Kozieł, K., Jafra, S., & Czajkowski, R. (2023). Microbial consortia for plant protection against diseases: More than the sum of its parts. International Journal of Molecular Sciences, 24(15), article number 12227. doi: 10.3390/ijms241512227.
  17. Mahapatra, S., Yadav, R., & Ramakrishna, W. (2022). Bacillus subtilis impact on plant growth, soil health and environment: Dr. Jekyll and Mr. Hyde. Journal of Applied Microbiology, 132(5), 3543-3562. doi: 10.1111/jam.15480.
  18. Marisel, O.G., Yoania, R.R., Santiago, R.R., Alberto, Z.L.H., & Fernando, C.D.I. (2024). Bioprospecting a mountain-derived phosphorus-solubilizing bacterium: Bacillus thuringiensis B3 as a plant-growth promoter in lettuce and tomato horticultural crops. Scientia Horticulturae, 337, article number 113568. doi: 10.1016/j.scienta.2024.113568.
  19. Muthukumar, A., Raj, T.S., Prabhukarthikeyan, S.R., Kumar, R.N., & Keerthana, U. (2022). Pseudomonas and Bacillus: A biological tool for crop protection. In New and future developments in microbial biotechnology and bioengineering (pp. 145-158). Amsterdam: Elsevier. doi: 10.1016/B978-0-323-85577-8.00006-8.
  20. Ngalimat, M.S., Mohd Hata, E., Zulperi, D., Ismail, S.I., Ismail, M.R., Mohd Zainudin, N.A. I., Saidi, N.B., & Yusof, M.T. (2021). Plant growth-promoting bacteria as an emerging tool to manage bacterial rice pathogens. Microorganisms, 9(4), article number 682. doi: 10.3390/microorganisms9040682.
  21. Ortiz, A., & Sansinenea, E. (2022). The role of beneficial microorganisms in soil quality and plant health. Sustainability, 14(9), article number 5358. doi: 10.3390/su14095358.
  22. Ortiz, A., & Sansinenea, E. (2023). Genetically modified plants based on Bacillus genes and commercial Bacillus-based biopesticides for sustainable agriculture. Horticulturae, 9(9), article number 963. doi: 10.3390/horticulturae9090963.
  23. Phillips, J.M., & Hayman, D.S. (1970). Improved procedures for clearing roots and staining parasitic and vesicular-arbuscular mycorrhizal fungi for rapid assessment of infection. Transactions British Mycological Society, 55(1).
  24. Prabhukarthikeyan, S.R., et al. (2022). Bacillus rhizobacteria: A versatile biostimulant for sustainable agriculture. In New and future developments in microbial biotechnology and bioengineering (pp. 33-44). Amsterdam: Elsevier. doi: 10.1016/B978-0-323-85163-3.00009-0.
  25. Reshetnikov, M.V., & Patyka, V.P. (2023). Bacteria-antagonists of the agents of soryz bacterial diseases. Agricultural Science and Practice, 10(3), 46-60. doi: 10.15407/agrisp10.03.046.
  26. Sales, L.R., & Rigobelo, E.C. (2024). The role of Bacillus sp. in reducing chemical inputs for sustainable crop production. Agronomy, 14(11), article number 2723. doi: 10.3390/agronomy14112723.
  27. Serrão, C.P., Ortega, J.C.G., Rodrigues, P.C., & de Souza, C.R.B. (2024). Bacillus species as tools for biocontrol of plant diseases: A meta-analysis of twenty-two years of research, 2000-2021. World Journal of Microbiology and Biotechnology, 40(4), article number 110. doi: 10.1007/s11274-024-03935-x.
  28. Toma, R.C., Boiu-Sicuia, O.A., Diguță, F.C., Ciucă, M., Matei, F., & Cornea, C.P. (2023). Selected plant protection Bacillus strains increase food safeness by inhibiting human pathogenic bacteria. Romanian Agricultural Research, 40, 609-619. doi: 10.59665/rar4057.
  29. Tsotetsi, T., Nephali, L., Malebe, M., & Tugizimana, F. (2022). Bacillus for plant growth promotion and stress resilience: What have we learned? Plants, 11(19), article number 2482. doi: 10.3390/plants11192482.
  30. Vasantha-Srinivasan, P., Park, K.B., Kim, K.Y., Jung, W.J., & Han, Y.S. (2025). The role of Bacillus species in the management of plant-parasitic nematodes. Frontiers in Microbiology, 15, article number 1510036. doi: 10.3389/fmicb.2024.1510036.
  31. Vasques, N.C., Nogueira, M.A., & Hungria, M. (2024). Increasing application of multifunctional Bacillus for biocontrol of pests and diseases and plant growth promotion: Lessons from Brazil. Agronomy, 14(8), article number 1654. doi: 10.3390/agronomy14081654.
  32. Wang, H., Liu, R., You, M.P., Barbetti, M.J., & Chen, Y. (2021). Pathogen biocontrol using plant growth-promoting bacteria (PGPR): Role of bacterial diversity. Microorganisms, 9(9), article number 1988. doi: 10.3390/microorganisms9091988.