Date of Award

3-2025

Document Type

Thesis

Degree Name

Master of Science in Molecular Biology and Biotechnology

Department

Biology

First Advisor

Dr. Mayank Gururani

Abstract

Plant growth-promoting rhizobacteria (PGPRs) can effectively mitigate the negative impacts of salt stress on plants. The present study reports the isolation of PGPRs from a high-saline mangrove ecosystem in Abu Dhabi, with isolates exhibiting ACC deaminase (ACCD) activity to reduce stress-induced ethylene, along with additional plant growth-promoting (PGP) characteristics, including phosphate solubilization (P+). A total of 57 salt-tolerant bacterial isolates from the mangrove rhizosphere were initially screened for ACCD and P+ activities. Of these, 24 isolates tested positive for PGP characteristics and were further evaluated for their ability to enhance salt stress tolerance in tomato seedlings. In addition, seedlings inoculated with 9 selected isolates demonstrated improved growth compared to non-inoculated controls on agar plates containing 75 mM NaCl. Following additional screening, four isolates (B1–B4) were chosen for greenhouse experiments. Under greenhouse conditions, Bacillus subtilis (B1) and Bacillus siamensis (B3) were found to be more significant to alleviating salt stress-induced damage and enhancing salt tolerance in tomato plants, followed by Bacillus velezensis (B2), which showed a moderate effect. In contrast, Priestia filamentosa (B4) demonstrated the least impact of them all. Inoculation with B1 and B3 significantly increased shoot length, shoot dry weight (DW), shoot fresh weight (FW), root DW, root FW, and flower count per plant under saline conditions. In comparison, B2 exhibited a moderate effect, while B4 showed the least impact. Additionally, chlorophyll-a fluorescence studies showed that plants inoculated with B1 and B3 had the highest photosystem II (PSII) efficiency, followed by B2, while B4-treated plants showed the lowest efficiency under NaCl-induced salinity stress. Moreover, the leaf spectral reflectance indices of tomato plants inoculated with B1 and B3 were the highest, followed by moderate increases in B2-treated plants, while the lowest values were observed in plants treated with B4 and the uninoculated controls. The variation in salt tolerance among tomato plants treated with isolates B1–B4 was correlated quantitatively and qualitatively with the plant growth-promoting characteristics of the isolates, particularly their ACCD activity and IAA production. Overall, the findings suggest that isolates B1 and B3 hold the potential as biofertilizers to improve tomato production under saline conditions.

Arabic Abstract


تقييم التغيرات الفسيولوجية والكيميائية في نباتات الطماطم المعالجة بالبكتيريا المحفزة لنمو النباتات تحت ظروف اجهاد الملحي

البكتيريا المحفزة لنمو النبات (PGPRs) تُعتبر فعّالة في تخفيف التأثيرات السلبية للإجهاد الملحي على النباتات، تقدم هذه الدراسة تقريرًا عن استخراج البكتيريا المحفزة لنمو النبات من نظام بيئي عالي الملوحة في غابات أشجار القرم في أبوظبي، حيث أظهرت البكتيريا المستخرجة من غابات اشجار القرم نشاط إنزيم ACC دياميناز (ACCD) لتقليل الإيثيلين الناتج عن الإجهاد، إلى جانب خصائص أخرى لتحفيز نمو النبات، مثل إذابة الفوسفات (P+)، تم فحص 57 عينة مقاومة للملوحة من جذور اشجار القرم بحثًا عن نشاطي ACCD وP+، ومن بين هذه البكتيريا، أظهرت 24 عينة خصائص تحفيز نمو النبات وتم تقييمها بشكل أكبر لقدرتها على تعزيز تحمل الإجهاد الملحي في شتلات الطماطم، بالإضافة إلى ذلك، أظهرت الشتلات مع اختيار 9 أنواع بكتيريا مختلفة نموًا محسّنًا مقارنة بالشتلات من غير بكتيريا على ألواح أجار تحتوي على 75 مليمول من كلوريد الصوديوم (NaCl)، وبعد عمليات فحص إضافية، تم اختيار أربع أنواع بكتيريا (B1–B4) للتجارب في البيوت الزجاجية، تحت ظروف البيت الزجاجي، تبيّن أن Bacillus subtilis (B1) و Bacillus siamensis (B3)أكثر فعالية في تخفيف الأضرار الناتجة عن الإجهاد الملحي وتعزيز تحمل الطماطم للملوحة، تليهما Bacillus velezensis (B2) الذي أظهر تأثيرًا متوسطًا، في المقابل كانت Priestia filamentosa (B4) الأقل تأثيرًا بينهم، أدى أضافة النباتات بالبكتيريا B1 و B3إلى زيادة ملحوظة في طول الساق، الوزن الجاف للساق، الوزن الطازج للساق، الوزن الجاف للجذر، الوزن الطازج للجذر، وعدد الأزهار لكل نبات تحت ظروف الملوحة، بينما أظهر B2 تأثيرًا متوسطًا، وB4 كان الأقل تأثيرًا، كما أظهرت دراسات فلورة الكلوروفيل-أ (chlorophyll-a fluorescence) أن النباتات المضافة بالبكتيريا B1 و B3كانت ذات كفاءة عالية لنظام الضوئي الثاني (PSII)، تليها النباتات مع B2، بينما أظهرت النباتات مع B4 أدنى كفاءة تحت الإجهاد الناتج عن الملوحة، بالإضافة إلى ذلك، كانت مؤشرات الانعكاس الطيفي (leaf spectral reflectance) لأوراق نباتات الطماطم بإضافة بكتيريا B1 و B3وهي الأعلى، تليها زيادات معتدلة في النباتات بإضافة بكتيريا B2، بينما أظهرت النباتات مع إضافة بكتيريا B4 والنباتات من غير بكتيريا أدنى تأثير، كان اختلاف في تحمل الملوحة بين نباتات الطماطم المضافة بالبكتيريا B1–B4 مرتبطًا بشكل كمي ونوعي بخصائص تحفيز النمو للنبات، وخاصة نشاط ACCD وإنتاج IAA، بشكل عام، تشير النتائج إلى أن البكتيريا B1 و B3تمتلك إمكانات كبيرة كسماد حيوي لتحسين إنتاج الطماطم في ظل الظروف الملحية.

Download
COinS