vuzbiochemiИзвестия вузов. Прикладная химия и биотехнологияProceedings of Universities. Applied Chemistry and Biotechnology2227-29252500-1558ИРНИТУ10.21285/2227-2925-2023-13-4-569-578CLFISTvuzbiochemi-1128Research ArticleФИЗИКО-ХИМИЧЕСКАЯ БИОЛОГИЯPHYSICOCHEMICAL BIOLOGYВлияние эндофитных бактерий Bacillus subtilis на активность метаболических процессов, протекающих в клубнях картофеля при храненииEffect of endophytic bacteria Bacillus subtilison metabolic processes in potato tubers during storagehttps://orcid.org/0000-0001-6341-0486ПусенковаЛ. И.PusenkovaL. I.

Пусенкова Людмила Ивановна, к.с.-х.н., доцент, ведущий научный сотрудник

450059, г. Уфа, ул. Рихарда Зорге, 19

Ludmila I. Pusenkova, Cand. Sci. (Agriculture), Associate Professor, Leading Researcher

9, Rikhard Zorge St., Ufa, 450059

L.Pusenkova@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0276-6689ГариповаС. Р.GaripovaS. R.

Гарипова Светлана Равилевна, д.б.н., доцент, ведущий научный сотрудник; профессор

450059, г. Уфа, ул. Рихарда Зорге, 19

450076, г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32

Svetlana R. Garipova, Dr. Sci. (Biology), Associate Professor, Leading Researcher; Professor

9, Rikhard Zorge St., Ufa, 450059

32 Zaki Validi St., Ufa, 450076

garipovasvetlana@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0003-3398-1493ЛасточкинаО. В.LastochkinaO. V.

Ласточкина Оксана Владимировна, к.б.н., старший научный сотрудник

450054, г. Уфа, пр. Октября, 71

Oksana V. Lastochkina, Cand. Sci. (Biology), Senior Researcher

71, Oktyabrya Ave., Ufa, 450054

oksanaibg@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-6348-8467ШпирнаяИ. А.ShpirnayaI. A.

Шпирная Ирина Андреевна, к.б.н., доцент

450076, г. Уфа, ул. Заки Валиди, 32

Irina A. Shpirnaya, Cand. Sci. (Biology), Associate Professor

32 Zaki Validi St., Ufa, 450076

shia@yandex.ruhttps://orcid.org/0009-0004-7968-9054ВалиеваВ. А.ValievaV. A.

Валиева Валерия Азаматовна, исполняющий обязанности младшего научного сотрудника

450059, г. Уфа, ул. Рихарда Зорге, 19

Valeria A. Valieva, Acting Junior Researcher

9, Rikhard Zorge St., Ufa, 450059

valiyeva.valeriya.01@mail.ruБашкирский научно-исследовательский институт сельского хозяйства – обособленное структурное подразделение Уфимского федерального исследовательского центра РАНРоссияBashkir Research Institute of Agriculture of Ufa Federal Research Centre RASRussian FederationБашкирский научно-исследовательский институт сельского хозяйства – обособленное структурное подразделение Уфимского федерального исследовательского центра РАН; Уфимский университет науки и технологийРоссияBashkir Research Institute of Agriculture of Ufa Federal Research Centre RAS; Ufa University of Science and TechnologyRussian FederationИнститут биохимии и генетики – обособленное структурное подразделение Уфимского федерального исследовательского центра РАНРоссияInstitute of Biochemistry and Genetics of Ufa Federal Research Centre RASRussian FederationУфимский университет науки и технологийРоссияUfa University of Science and TechnologyRussian Federation202327122023134569578Copyright © Пусенкова Л.И., Гарипова С.Р., Ласточкина О.В., Шпирная И.А., Валиева В.А., 20232023Пусенкова Л.И., Гарипова С.Р., Ласточкина О.В., Шпирная И.А., Валиева В.А.Pusenkova L.I., Garipova S.R., Lastochkina O.V., Shpirnaya I.A., Valieva V.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vuzbiochemi.elpub.ru/jour/article/view/1128

Изучено влияние предпосадочной инокуляции клубней картофеля бактериями Bacillus subtilis на биохимические процессы в клубнях нового урожая в послеуборочный период в разные сроки хранения. Содержание малонового диальдегида в клубнях, обработанных штаммами 10-4 и 26Д, через 1 и 6 месяцев снижалось на 15,5 и 35,5% и на 14,9 и 13,6% относительно контроля. Содержание пролина в клубнях, предобработанных штаммом 10-4, в оба срока хранения незначительно отличалось от контроля, а в случае использования штамма 26Д было ниже контроля на 14,7 и 26,3%. Сначала активность защитных белков в обработанных клубнях снижалась относительно контроля, затем активность ингибиторов трипсина в клубнях значительно превышала показатели в клубнях, хранящихся непродолжительное время. Содержание белка в предобработанных клубнях сначала было выше контроля, затем либо на уровне (штамм 26Д), либо на 15% ниже контроля (штамм 10-4). Содержание аскорбиновой кислоты в предобработанных штаммом 10-4 клубнях на 16,1 и 17,9% превышало контроль через 1 и 6 месяцев хранения, а в случае использования штамма 26Д не отличалось от контроля. Количество редуцирующих сахаров было на 39,4% ниже контроля через 1 и 6 месяцев хранения (штамм 10-4) и на 35,6% через 6 месяцев хранения (штамм 26Д). Предобработка штаммами 10-4 и 26Д положительно повлияла на основные биохимические показатели клубней при длительном хранении, обеспечив защитный эффект и сохранение биологической ценности продукции.

The article examines the effect produced by the preplant inoculation of potato tubers with Bacillus subtilis on biochemical processes occurring in the tubers of a new crop during the postharvest period at different storage periods. The content of malondialdehyde in tubers treated with strains 10-4 and 26D decreased by 15.5 and 35.5% and by 14.9 and 13.6% relative to the control after one and six months, respectively. The proline content in tubers pretreated with strain 10-4 differed insignificantly from the control in both storage periods, while in the case of strain 26D, it was lower than the control by 14.7 and 26.3%. First, the activity of protective proteins in treated tubers decreased relative to the control; then, the activity of trypsin inhibitors in tubers was found to significantly exceed that in tubers stored for a short time. The protein content of pretreated tubers was initially higher than that of the control; then, it was either at the same level (strain 26D) or 15% lower than the control (strain 10-4). The content of ascorbic acid in tubers pretreated with strain 10-4 exceeded that of the control by 16.1 and 17.9% after one and six months of storage, respectively, whereas in the case of strain 26D, no difference from the control was noted. The amount of reducing sugars was 39.4% lower than the control after one and six months of storage (strain 10-4) and 35.6% after six months of storage (strain 26D). The pretreatment with strains 10-4 and 26D positively affected the main biochemical parameters of tubers during long-term storage, providing a protective effect and preserving the biological value of produce.

эндофитные бактериикартофельхранениеингибиторы трипсинапротеолитическая активностьendophytic bacteriapotatoesstoragetrypsin inhibitorsproteolytic activityИсследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-26-00262 (https://rscf.ru/project/23-26-00262/).The Russian Science Foundation (grant no. 23-26-00262; https://rscf.ru/project/23-26-00262/) supported the study.ReferencesУсков А.И., Кравченко Д.В., Ускова Л.Б., Галушка П.А., Замятин А.А., Скулачев М.В. Регуляция физиологического старения культуры картофеля // Земледелие. 2019. N 8. С. 33–37. DOI: 10.24411/0044-3913-2019-10808.Uskov A.I., Kravchenko D.V., Uskova L.B., Galushka P.A., Zamyatnin A.A., Skulachev M.V. Regulation of physiological aging of potato culture. Zemledelie. 2019;8:33-37. (In Russian). DOI: 10.24411/0044-3913-2019-10808.Ávila-Valdés A., Quinet M., Lutts S., Martínez J. P., Lizana X.C. Tuber yield and qualityresponses of potato to moderate temperatureincrease during Tuber bulking under two wateravailability scenarios // Field Crops Research. 2020. Vol. 251. P. 107786. DOI: 10.1016/j.fcr.2020.107786.Ávila-Valdés A., Quinet M., Lutts S., Martínez J. P., Lizana X.C. Tuber yield and qualityresponses of potato to moderate temperatureincrease during Tuber bulking under two wateravailability scenarios // Field Crops Research. 2020. Vol. 251. P. 107786. DOI: 10.1016/j.fcr.2020.107786.Белов Г.Л., Зейрук В.Н., Мальцев С.В., Абашкин О.В., Абросимов Д.В. Применение химических и биологических препаратов для защиты картофеля при хранении // Агрохимический вестник. 2020. N 6. С. 75–78. DOI: 10.24411/1029-2551-2020-10090. EDN: DRZOJK.Belov G.L., Zeyruk V.N., Maltsev S.V., Abashkin O.V., Abrosimov D.V. Protection of potato during storage with chemical and biological preparations. Agrokhimicheskiy vestnik = Agrochemical Herald. 2020;6:75-78. (In Russian). DOI: 10.24411/1029-2551-2020-10090. EDN: DRZOJK.Draie R., Al-Absi M. Regulation and control of potato tuber dormancy and sprouting // International Journal of Recent Advances in Multidisciplinary Research. 2019. Vol. 6, no 1. P. 4573–4583.Draie R., Al-Absi M. Regulation and control of potato tuber dormancy and sprouting. International Journal of Recent Advances in Multidisciplinary Research. 2019;6(1):4573-4583.Федотова Л.С., Тимошина Н.А., Князева Е.В. Динамика биохимических показателей картофеля в период хранения // Картофель и овощи. 2017. N 1. С. 31–34. EDN: XIROXT.Fedotova L.S., Timoshina N.A., Knyazeva E.V. Dynamics of potato biochemical indicators during storage. Kartofel’ i ovoshchi = Potato and Vegetables. 2017;1:31-34. (In Russian). EDN: XIROXT.Elmore J.S., Briddon A., Dodson A.T., Muttucumaru N., Halford N.G., Mottram D.S. Acrylamide in potato crisps prepared from 20 UK-grown varieties: effects of variety and tuber storage time // Food Chemistry. 2015. Vol. 182. P. 1–8. DOI: 10.1016/j.foodchem.2015.02.103.Elmore J.S., Briddon A., Dodson A.T., Muttucumaru N., Halford N.G., Mottram D.S. Acrylamide in potato crisps prepared from 20 UK-grown varieties: effects of variety and tuber storage time. Food Chemistry. 2015;182:1-8. DOI: 10.1016/j.foodchem.2015.02.103.Усков А.И., Ускова Л.Б., Кравченко Д.В., Галушка П.А., Закабунина Е.Н. Регуляция процессов физиологического старения при длительном репродуцировании картофеля // Земледелие. 2018. N 5. С. 40–44. DOI: 10.24411/0044-3913-2018-10511.Uskov A.I., Uskova L.B., Kravchenko D.V., Galushka P.A., Zakabunina E.N. Regulation of Physiological Aging Processes during Long-Term Potato Reproduction. Zemledelie. 2018;5:40-44. (In Russian). DOI: 10.24411/0044-3913-2018-10511.Чеботарь В.К., Кипрушкина Е.И. Применение микробных препаратов в технологиях хранения картофеля // Достижения науки и техники АПК. 2015. Т. 29. N 1. С. 33–35. EDN: TMZFSZChebotar V.K., Kiprushkina E.I. Application of microbial preparations in potato storage technologies. Dostizheniya nauki i tekhniki APK = Achievements of Science and Technology of AIC. 2015;29(1):33-35. (In Russian). EDN: TMZFSZ.Новикова И.И., Титова Ю.А., Бойкова И.В., Зейрук В.Н., Краснобаева И.Л. Биологическая эффективность новых биопрепаратов на основе микробов-антагонистов для контроля возбудителей болезней картофеля при вегетации и хранении клубней // Биотехнология. 2017. Т. 33. N 6. С. 68–76. DOI: 10.21519/0234-27582017-33-6-68-76. EDN: YMVEAK.Novikova I.I., Titova Yu.A., Boikova I.V., Zeiruk V.N., Krasnobayeva I.L. Biological efficiency of new biopreparations based on antagonistic microbes in control of potato pathogens during plant vegetation and tuber storage. Biotekhnologiya. 2017;33(6):68-76. (In Russian). DOI: 10.21519/0234-27582017-33-6-68-76. EDN: YMVEAK.Lastochkina O., Aliniaeifard S., Seifikalhor M., Yuldashev R., Pusenkova L., Garipova S. Plant growthpromoting bacteria: biotic strategy to cope with abiotic stresses in wheat // Wheat production in changing environments / eds M. Hasanuzzaman, K. Nahar, Md.A. Hossain. Singapore: Springer, 2019. P. 579–614. DOI: 10.1007/978-981-13-6883-7_23.Lastochkina O., Aliniaeifard S., Seifikalhor M., Yuldashev R., Pusenkova L., Garipova S. Plant growthpromoting bacteria: biotic strategy to cope with abiotic stresses in wheat. In: Hasanuzzaman M., Nahar K., Hossain Md.A. (eds). Wheat production in changing environments. Singapore: Springer; 2019, p. 579-614. DOI: 10.1007/978-981-13-6883-7_23.Максимов И.В., Пусенкова Л.И., Абизгильдина Р.Р. Влияние биопрепаратов на основе эндофитной бактерии Bacillus subtilis 26Д на поствегетационное сохранение защитного потенциала клубней картофеля против патогенов // Агрохимия. 2011. N 6. С. 43–48. EDN: NURDSX.Maksimov I.V., Pusenkova L.I., Abizgildina R.R. Biopreparation with endophytic bacterium Bacillus subtilis 26D created posthavest protecting effect in potato tubers. Agrokhimiya. 2011;6:43-48. (In Russian). EDN: NURDSX.Lastochkina O., Pusenkova L., Garshina D., Yuldashev R., Shpirnaya I., Kasnak C., et al. The effect of endophytic bacteria Bacillus subtilis and salicylic acid on some resistance and quality traits of stored Solanum tuberosum L. tubers infected with fusarium dry rot // Plants. 2020. Vol. 9, no. 6. P. 738. DOI: 10.3390/plants9060738.Lastochkina O., Pusenkova L., Garshina D., Yuldashev R., Shpirnaya I., Kasnak C., et al. The effect of endophytic bacteria Bacillus subtilis and salicylic acid on some resistance and quality traits of stored Solanum tuberosum L. tubers infected with fusarium dry rot. Plants. 2020;9(6):738. DOI: 10.3390/plants9060738.Heath R.L., Packer L. Photoperoxidation in isolated chloroplasts: I. Kinetics and stoichiometry of fatty acid peroxidation // Archives of Biochemistry and Biophysics. 1968. Vol. 125, no. 1. P. 189–198. DOI: 10.1016/0003-9861(68)90654-1.Heath R.L., Packer L. Photoperoxidation in isolated chloroplasts: I. Kinetics and stoichiometry of fatty acid peroxidation. Archives of Biochemistry and Biophysics. 1968;125(1):189-198. DOI: 10.1016/0003-9861(68)90654-1.Bates L.S., Waldern R.P., Teare I.D. Rapid determination of free proline for water-stress studies // Plant and Soil. 1973. Vol. 39. P. 205–207. DOI: 10.1007/BF00018060.Bates L.S., Waldern R.P., Teare I.D. Rapid determination of free proline for water-stress studies. Plant and Soil. 1973;39:205-207. DOI: 10.1007/BF00018060.Гофман Ю.Я., Вайсблай И.М. Определение инги-битора трипсина в семенах гороха // Прикладная биохимия и микробиология. 1975. N 5. С. 777–783.Gofman Yu.Ya., Vaisblai I.M. Determination of trypsin inhibitor in pea seeds. Prikladnaya biokhimiya i mikrobiologiya. 1975;5:777-783. (In Russian).Erlanger B.F., Kokowski N., Cohen W. The preparation and properties of two new chromogenic substrates of trypsin // Archives of Biochemistry and Biophysics. 1961. Vol. 95, no 2. P. 271–278. DOI: 10.1016/0003-9861(61)90145-X.Erlanger B.F., Kokowski N., Cohen W. The preparation and properties of two new chromogenic substrates of trypsin. Archives of Biochemistry and Biophysics. 1961;95(2):271278. DOI: 10.1016/0003-9861(61)90145-X.Vasanthan T., Bergthaller W., Driedger D., Yeung J., Sporus P. Starch from Alberta potatoes: wet Isolation and some physicochemical proprieties // Food Research International. 1999. Vol. 32, no. 5. P. 355–365. DOI: 10.1016/S0963-9969(99)00096-4.Vasanthan T., Bergthaller W., Driedger D., Yeung J., Sporus P. Starch from Alberta potatoes: wet Isolation and some physicochemical proprieties. Food Research International. 1999;32(5):355-365. DOI: 10.1016/S0963-9969(99)00096-4.Щербаков А.В., Щербакова Е.Н., Мулина С.А., Роц П.Ю., Дарью Р.Ф., Кипрушкина Е.И. [и др.]. Психрофильные псевдомонады-эндофиты как потенциальные агенты в биоконтроле фитопатогенных и гнилостных микроорганизмов при холодильном хранении картофеля // Сельскохозяйственная биология. 2017. Т. 52. N 1. C. 116–128. DOI: 10.15389/agrobiology.2017.1.116rus. EDN: YFQFFJ.Shcherbakov A.V., Shcherbakova E.N., Mulina S.A., Rots P.Yu., Daryu R.F., Kiprushkina E.I., et al. Psychrophilic endophytic pseudomonas as potential agents in biocontrol of phytopathogenic and putrefactive microorganisms during potato storage. Sel’skokhozyaistvennaya biologiya = Agricultural Biology. 2017;52(1):116-128. (In Russian). DOI: 10.15389/agrobiology.2017.1.116rus. EDN: YFQFFJ.Garipova S.R., Markova O.V., Fedorova K.A., Dedova M. A., Kamaletdinova A. A., Lastochkina O. V., et al. Malondialdehyde and proline content in bean cultivars following the inoculation with endophytic bacteria // Acta Physiologiae Plantarum. 2022. Vol. 44. P. 89. DOI: 10.1007/s11738-022-03427-1.Garipova S.R., Markova O.V., Fedorova K.A., Dedova M. A., Kamaletdinova A. A., Lastochkina O. V., et al. Malondialdehyde and proline content in bean cultivars following the inoculation with endophytic bacteria. Acta Physiologiae Plantarum. 2022;44:89. DOI: 10.1007/s11738-022-03427-1.Яруллина Л.Г., Ахатова А.Р., Касимова Р.И. Гидро-литические ферменты и их белковые ингибиторы в регуляции взаимоотношений растений с патогенами // Физиология растений. 2016. Т. 63. N 2. С. 205–217. DOI: 10.7868/S0015330316020159. EDN: VINZCF.Yarullina L.G., Akhatova A.R., Kasimova R.I. Hydrolytic enzymes and their proteinaceous inhibitors in regulation of plant–pathogen interactions. Fiziologiya rastenii. 2016;63:2:205-217. (In Russian). DOI: 10.7868/S0015330316020159. EDN: VINZCF.Сорокань А.В., Бурханова Г.Ф., Алексеев В.Ю., Гордеев А.А., Марданшин И.С., Максимов И.В. Совместное влияние Bacillus thuringiensis B-5351 и салициловой кислоты на устойчивость растений картофеля к Phytophthora infestans и урожайность в полевых условиях // Biomics. 2023. Т. 15. N 1. С. 1–6. DOI: 10.31301/2221-6197.bmcs.2023-1. EDN: NSIMDV.Sorokan A.V., Burkhanova G.F., Alekseev V. Yu., Gordeev A.A., Mardanshin I.S., Maksimov I.V. Simultaneous effect of Bacillus thuringiensis B-5351 and salicylic acid on the resistance of potato plants to Phytophthora infestans and yield in the field. Biomics. 2023;15(1):1-6. (In Russian). DOI: 10.31301/2221-6197. bmcs.2023-1. EDN: NSIMDV.Yarullina L.G., Veselova S.V., Ibragimov R.I., Shpirnaya I.A., Kasimova R.I., Akhatova A.R., et al. Tsvetkov V., Maksimov I. Search for molecular markers of wheat resistance to fungal pathogens // Agricultural Sciences. 2014. Vol. 5. P. 722–729. DOI: 10.4236/as.2014.58076.Yarullina L.G., Veselova S.V., Ibragimov R.I., Shpirnaya I.A., Kasimova R.I., Akhatova A.R., et al. Tsvetkov V., Maksimov I. Search for molecular markers of wheat resistance to fungal pathogens. Agricultural Sciences. 2014;5:722-729. DOI: 10.4236/as.2014.58076.Hao Y., Wu H., Liu Y., Hu Q. Mitigative effect of Bacillus subtilis QM3 on root morphology and resistance enzyme activity of wheat root under lead stress // Advances in Microbiology. 2015. Vol. 5, no. 6. P. 469–478. DOI: 10.4236/aim.2015.56048.Hao Y., Wu H., Liu Y., Hu Q. Mitigative effect of Bacillus subtilis QM3 on root morphology and resistance enzyme activity of wheat root under lead stress. Advances in Microbiology. 2015;5(6):469-478. DOI: 10.4236/aim.2015.56048.Lastochkina O., Aliniaeifard S., Garshina D., Garipova S., Pusenkova L., Allagulova Ch., et al. Seed priming with endophytic Bacillus subtilis strain-specifically improves growth of Phaseolus vulgaris plants under normal and salinity conditions and exerts anti-stress effect through induced lignin deposition in roots and decreased oxidative and osmotic damage // Journal of Plant Physiology. 2021. Vol. 263. P. 153462. DOI: 10.1016/j.jplph.2021.153462Lastochkina O., Aliniaeifard S., Garshina D., Garipova S., Pusenkova L., Allagulova Ch., et al. Seed priming with endophytic Bacillus subtilis strain-specifically improves growth of Phaseolus vulgaris plants under normal and salinity conditions and exerts anti-stress effect through induced lignin deposition in roots and decreased oxidative and osmotic damage. Journal of Plant Physiology. 2021;263:153462. DOI: 10.1016/j.jplph.2021.153462.Lastochkina O., Pusenkova L., Garshina D., Kasnak C., Palamutoglu R., Shpirnaya I., et al. Improving the biocontrol potential of endophytic bacteria Bacillus subtilis with salicylic acid against Phytophthora infestanscaused postharvest potato tuber late blight and impact on stored tubers quality // Horticulturae. 2022. Vol. 8, no. 2. P. 117. DOI: 10.3390/horticulturae8020117.Lastochkina O., Pusenkova L., Garshina D., Kasnak C., Palamutoglu R., Shpirnaya I., et al. Improving the biocontrol potential of endophytic bacteria Bacillus subtilis with salicylic acid against Phytophthora infestanscaused postharvest potato tuber late blight and impact on stored tubers quality. Horticulturae. 2022;8(2):117. DOI: 10.3390/horticulturae8020117.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.