การเปรียบเทียบผลกระทบของสารชีวภาพจากแบคทีเรียและกรดจิบเบอเรลลิกต่อการเจริญเติบโตของหญ้าหวานและการผลิตสตีวิออลไกลโคไซด์โดยการควบคุมยีนที่เข้ารหัส

การเกษตรเป็นทรัพยากรที่สำคัญที่สุดในตลาดโลก และระบบนิเวศกำลังเผชิญกับความท้าทายมากมาย การบริโภคปุ๋ยเคมีทั่วโลกกำลังเพิ่มขึ้นและมีบทบาทสำคัญต่อผลผลิตพืชผล¹ อย่างไรก็ตาม พืชที่ปลูกด้วยวิธีนี้ไม่มีเวลาเพียงพอที่จะเจริญเติบโตและเจริญเต็มที่อย่างเหมาะสม จึงไม่ได้รับคุณภาพพืชที่ดีเยี่ยม² นอกจากนี้ สารประกอบที่เป็นพิษที่เป็นอันตรายอย่างมากยังสามารถสะสมในร่างกายมนุษย์และดินได้³ ดังนั้นจึงมีความจำเป็นต้องพัฒนาวิธีการที่เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมและยั่งยืนเพื่อลดความจำเป็นในการใช้ปุ๋ยเคมี จุลินทรีย์ที่มีประโยชน์สามารถเป็นแหล่งสำคัญของสารประกอบธรรมชาติที่มีฤทธิ์ทางชีวภาพ⁴
ชุมชนจุลินทรีย์ภายในใบพืชจะแตกต่างกันไปตามชนิดหรือสายพันธุ์ของพืชเจ้าบ้าน ระยะการเจริญเติบโตของพืช และสัณฐานวิทยาของพืช 13 งานวิจัยหลายชิ้นรายงานว่า Azospirillum, Bacillus, Azotobacter, Pseudomonas และ Enterobacter มีศักยภาพที่จะส่งเสริมการเจริญเติบโตของพืช14 ยิ่งไปกว่านั้น Bacillus และ Azospirillum เป็นสกุล PGPB ที่ได้รับการศึกษาอย่างเข้มข้นที่สุดในแง่ของการปรับปรุงการเจริญเติบโตและผลผลิตของพืช 15 การศึกษาแสดงให้เห็นว่าการปลูกเชื้อร่วมกันของ Azospirillum brasiliensis และ Bradyrhizobium ในพืชตระกูลถั่วสามารถเพิ่มผลผลิตของข้าวโพด ข้าวสาลี ถั่วเหลือง และถั่วแดงได้ 16, 17 การศึกษาแสดงให้เห็นว่าการปลูกเชื้อ Salicornia ร่วมกับ Bacillus licheniformis และ PGPB อื่นๆ ช่วยส่งเสริมการเจริญเติบโตของพืชและการดูดซึมสารอาหารอย่างมีประสิทธิภาพ 18 Azospirillum brasiliensis Sp7 และ Bacillus sphaericus UPMB10 ช่วยปรับปรุงการเจริญเติบโตของรากกล้วยหอม ในทำนองเดียวกัน เมล็ดยี่หร่าปลูกยากเนื่องจากการเจริญเติบโตทางพืชที่ไม่ดีและการงอกต่ำ โดยเฉพาะอย่างยิ่งภายใต้สภาวะความเครียดจากภัยแล้ง 20 การบำบัดเมล็ดด้วย Pseudomonas fluorescens และ Trichoderma harzianum ช่วยปรับปรุงการเจริญเติบโตในช่วงต้นของต้นกล้ายี่หร่าภายใต้สภาวะความเครียดจากภัยแล้ง21 สำหรับหญ้าหวาน มีการศึกษาเพื่อประเมินผลของเชื้อราไมคอร์ไรซาและแบคทีเรียส่งเสริมการเจริญเติบโตของพืช (PGPR) ต่อความสามารถของสิ่งมีชีวิตในการเจริญเติบโต สะสมสารเมตาบอไลต์ทุติยภูมิ และแสดงออกของยีนที่เกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์ทางชีวภาพ จากการศึกษาของ Rahi et al.22 พบว่า การปลูกเชื้อพืชด้วย PGPR ที่แตกต่างกันช่วยปรับปรุงการเจริญเติบโต ดัชนีการสังเคราะห์แสง และการสะสมของสตีวิโอไซด์และสตีวิโอไซด์เอ ในทางกลับกัน การปลูกเชื้อสตีเวียด้วยไรโซเบียมที่ส่งเสริมการเจริญเติบโตของพืชและเชื้อราไมคอร์ไรซาแบบอาร์บัสคูลาร์ช่วยกระตุ้นความสูงของพืช ปริมาณสตีวิโอไซด์ แร่ธาตุ และเม็ดสี23 Oviedo-Pereira et al.24 รายงานว่าเอนโดไฟต์ที่ก่อให้เกิดการระคายเคือง Enterobacter hormaechei H2A3 และ H5A2 เพิ่มปริมาณ SG กระตุ้นความหนาแน่นของไตรโคมในใบ และส่งเสริมการสะสมของเมตาโบไลต์เฉพาะในไตรโคม แต่ไม่ได้ส่งเสริมการเจริญเติบโตของพืช
GA3 เป็นโปรตีนคล้ายจิบเบอเรลลินที่สำคัญและมีฤทธิ์ทางชีวภาพมากที่สุดชนิดหนึ่ง31 การบำบัดสตีเวียด้วย GA3 จากภายนอกสามารถเพิ่มการยืดตัวของลำต้นและการออกดอกได้32 ในทางกลับกัน บางการศึกษาได้รายงานว่า GA3 เป็นตัวกระตุ้นที่กระตุ้นให้พืชผลิตสารเมตาบอไลต์รอง เช่น สารต้านอนุมูลอิสระและเม็ดสี และยังเป็นกลไกการป้องกันอีกด้วย33
ความสัมพันธ์ทางวิวัฒนาการของสายพันธุ์ที่แยกได้เมื่อเทียบกับสายพันธุ์อื่นๆ หมายเลขการเข้าถึง GenBank ระบุไว้ในวงเล็บ
กิจกรรมของอะไมเลส เซลลูเลส และโปรตีเอส จะปรากฏเป็นแถบชัดเจนรอบๆ โคโลนี ในขณะที่ตะกอนสีขาวรอบๆ โคโลนีบ่งชี้ถึงกิจกรรมของไลเปส ดังแสดงในตารางที่ 2 B. paramycoides SrAM4 สามารถผลิตไฮโดรเลสได้ทุกชนิด ในขณะที่ B. paralicheniformis SrMA3 สามารถผลิตเอนไซม์ได้ทุกชนิดยกเว้นเซลลูเลส และ B. licheniformis SrAM2 ผลิตได้เฉพาะเซลลูเลสเท่านั้น
จุลินทรีย์สกุลสำคัญหลายชนิดมีความเกี่ยวข้องกับการสังเคราะห์เมตาโบไลต์ทุติยภูมิที่เพิ่มขึ้นในพืชสมุนไพรและพืชหอม74 สารต้านอนุมูลอิสระทั้งแบบเอนไซม์และไม่ใช่เอนไซม์เพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญใน S. rebaudiana Shou-2 เมื่อเทียบกับกลุ่มควบคุม นอกจากนี้ Chamam et al.75 ยังรายงานถึงผลดีของ PGPB ต่อ TPC ในข้าวอีกด้วย ยิ่งไปกว่านั้น ผลลัพธ์ของเราสอดคล้องกับผลลัพธ์ของ TPC, TFC และ DPPH ใน S. rebaudiana ซึ่งเกิดจากการทำงานร่วมกันของ Piriformospora indica และ Azotobacter chroococcum76 TPC และ TFC77 มีค่าสูงกว่าอย่างมีนัยสำคัญในต้นโหระพาที่ได้รับการบำบัดด้วยจุลินทรีย์เมื่อเทียบกับต้นที่ไม่ได้รับการรักษา ยิ่งไปกว่านั้น การเพิ่มขึ้นของสารต้านอนุมูลอิสระอาจเกิดขึ้นได้จากสองสาเหตุ คือ เอนไซม์ไฮโดรไลติกกระตุ้นกลไกการป้องกันของพืชในลักษณะเดียวกับจุลินทรีย์ก่อโรค จนกระทั่งพืชปรับตัวเข้ากับการตั้งรกรากของแบคทีเรีย78 ประการที่สอง PGPB อาจทำหน้าที่เป็นตัวเริ่มต้นของการเหนี่ยวนำสารประกอบออกฤทธิ์ทางชีวภาพที่เกิดขึ้นผ่านทางวิถีชิกิเมตในพืชชั้นสูงและจุลินทรีย์ 79
ผลการศึกษาแสดงให้เห็นว่ามีความสัมพันธ์แบบเสริมฤทธิ์กันระหว่างจำนวนใบ การแสดงออกของยีน และการผลิต SG เมื่อมีการปลูกเชื้อหลายสายพันธุ์ร่วมกัน ในทางกลับกัน การปลูกเชื้อสองสายพันธุ์พร้อมกันให้ผลดีกว่าการปลูกเชื้อสายพันธุ์เดียวในแง่ของการเจริญเติบโตและผลผลิตของพืช
ตรวจพบเอนไซม์ไฮโดรไลติกหลังจากเพาะเชื้อแบคทีเรียบนอาหารเลี้ยงเชื้ออะการ์ที่มีสารตั้งต้นบ่งชี้และบ่มที่อุณหภูมิ 28 °C เป็นเวลา 2–5 วัน หลังจากเพาะเชื้อแบคทีเรียบนอาหารเลี้ยงเชื้ออะการ์แป้งแล้ว จะวัดกิจกรรมของอะไมเลสโดยใช้สารละลายไอโอดีน 100 ส่วนกิจกรรมของเซลลูเลสจะวัดโดยใช้สารละลายคองโกเรด 0.2% ตามวิธีการของ Kianngam et al. 101 กิจกรรมของโปรตีเอสจะสังเกตได้จากบริเวณใสรอบๆ โคโลนีที่เพาะบนอาหารเลี้ยงเชื้ออะการ์นมพร่องมันเนยตามที่ Cui et al. 102 อธิบายไว้ ในทางกลับกัน ตรวจพบไลเปส 100 หลังจากเพาะเชื้อบนอาหารเลี้ยงเชื้ออะการ์ทวีน