Effect of acrylate-based hydrogels on basic cultivation parameters and antagonistic activity of soil beneficial bacteria

Capa

Citar

Texto integral

Resumo

We study the effect of polymeric acrylate-based hydrogels on the growth and development of soil beneficial microflora, including nitrogen-fixing and phosphate-mobilizing microorganisms, entomopathogens and phytopathogen antagonists. The antibacterial effect of hydrogels (HG) was studied by the volume displacement method in Petri dishes according to Ye. Sagi. Bacteria were cultured in GRM broth; the optical density of the medium was determined at 600 nm at 1 h intervals for 48 h. The process of biofilm formation was studied in LB medium according to the method of O'Toole and Kolter (1998). HG samples were added to sterile medium at concentrations of 200, 100, 50, 25 and 12.5 mg/ml. The Paenibacillus polymyxa P and Agrobacterium tumefacience 204 strains, as well as the Bacillus thuringiensis 0271 and B. thuringiensis 0371 entomopathogens, showed no signs of inhibition in the interaction zone with both control and experimental HG. At the same time, the culture growth of the Azotobacter vinelandii 10702, Bradyrhizobium ottawaense M-8 and Rhizobium leguminosarum K-29 strains was inhibited in all the experiment variants. The investigated hydrogel suspensions HG1 and HG2 at a concentration of 200 mg/ml contributed to a decrease in the optical density of cultures of both B. amyloliquefaciens 01-1 and Lelliottia nimipressurales 32-3 by on average 23.3 and 14.7%, respectively, compared to the control. Introduction of HG2 into a nutrient medium in the amount of 25-100 mg/ml promoted active accumulation of biomass by P. polymyxa P and A. tumefacience 204. The HG1 and HG2 hydrogels at concentrations of 50-200 mg/ml and 100-200 mg/ml, respectively, enhanced the biofilm formation of B. amyloliquefaciens 01-1. The maximum stimulation of plankton culture and biofilm formation was observed when the P. polymyxa P strain culture was enriched with 12.5-100 mg/ml of HG1, which increased the intensity of bacterial suspension growth by on average 8.9 times compared to the control.

Sobre autores

A. Kryzhko

Sevastopol State University; Research Institute of Agriculture of Crimea

Email: nk_lib@mail.ru

S. Didovich

Sevastopol State University; Research Institute of Agriculture of Crimea

Email: sv-alex.68@mail.ru

A. Sorokin

Sevastopol State University; Voronezh State University of Engineering Technologies; Voronezh State University

Email: andrew.v.sorokin@gmail.com

M. Lavlinskaya

Sevastopol State University; Voronezh State University of Engineering Technologies; Voronezh State University

Email: maria.lavlinskaya@gmail.com

Bibliografia

  1. Rodrigues S.H., Lima I.S., Neris L.M.L., Silva A.S., Santos N., Ariane M.S., et al. Superabsorbent hydrogels based to polyacrylamide/cashew tree gum for the controlled release of water and plant nutrients // Molecules. 2021. Vol. 26, no. 9. P. 119-128. https://doi.org/10.3390/molecules26092680.
  2. Sabyasachi B., Prakash M. Superabsorbent polymers in agriculture and other applications: a review // Polymer-Plastics Technology and Materials. 2019. Vol. 59, no. 6. P. 1-16. http://dx.doi.org/10.1080/25740881.2019.1647239.
  3. Рабаданов Р.Г. Абсорбционные свойства сильно набухающих полимерных гидрогелей, используемых в сельском хозяйстве // Аграрная Россия. 2017. N 6. С. 2-7. http://dx.doi.org/10.30906/1999-5636-2017-6-15-18.
  4. Rizwan M., Rubina G.S., Iqbal D.A., Naseem S. Materials diversity of hydrogel: synthesis, polymerization process and soil conditioning properties in agricultural field // Journal of Advanced Research. 2021. Vol. 33. P. 15-40. http://doi.org/10.1016/j.jare.2021.03.007.
  5. Наумов П.В., Щербакова Л.Ф., Околелова А.А. Оптимизация влагообеспеченности почв с помощью полимерных гидрогелей // Известия Нижневолжского агроуниверситетского комплекса: наука и высшее профессиональное образование. 2011. N 4. С. 77-81.
  6. Guilherme M.R., Aouada F.A., Fajardo A.R., Martins A.F., Paulino A.T., Davi M.F.T., et al. Superabsorbent hydrogels based on polysaccharides for application in agriculture as soil conditioner and nutrient carrier: a review // European Polymer Journal. 2015. Vol. 72. P. 365-385. https://doi.org/10.1016/j.eur-polymj.2015.04.017.
  7. Mehrotra T., Zaman M.N., Prasad B.B., Shukla A., Aggarwal S., Singh R. Rapid immobilization of viable Bacillus pseudomycoides in polyvinyl alcohol/glutaral-dehyde hydrogel for biological treatment of municipal wastewater // Environmental Science and Pollution Research. 2020. Vol. 27, no. 9. P. 9167-9180. https://doi.org/10.1007/s11356-019-07296-z.
  8. Du X., Zhou J., Shi J., Xu B. Supramolecular hydrogelators and hydrogels: from soft matter to molecular biomaterials // Chemical Reviews. 2015. Vol. 115, no. 24. P. 13165-13307. https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.5b00299.
  9. Lipowczan A., Trochimczuk A.W. Phosphates-containing interpenetrating polymer networks (IPNs) acting as slow release fertilizer hydrogels (SRFHs) suitable for agricultural applications // Materials. 2021. Vol. 14, no. 11. P. 2893. https://doi.org/10.3390/ma14112893.
  10. Abd El-Aziz M.E., Morsi S.M.M., Salama D.M., Abdel-Aziz M.S., Abd Elwahed M.S., Shaaban E.A., et al. Preparation and characterization of chitosan/polyacryl-ic acid/copper nanocomposites and their impact on onion production // International Journal of Biological Macromolecules. 2019. Vol. 123. P. 856-865. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2018.11.155.
  11. AllcockH.R.,Pucher S.R., Fitzpatrick R.J., RashidK. Antibacterial activity and mutagenicity studies of water-soluble phosphazene high polymers // Biomaterials. 1992. Vol. 13, no. 12. P. 857-862. https://doi.org/0142-9612(92)90179-R.
  12. Praepanitchai O.A., Noomhorm A., Anal A.K. Survival and behavior of encapsulated probiotics (Lactobacillus plantarum) in calcium-alginate-soy protein isolate-based hydrogel beads in different processing conditions (pH and temperature) and in pasteurized mango juice // BioMed Research International. 2019. P. 9768152. https://doi.org/10.1155/2019/9768152.
  13. Inal M., Yigitoglu M. Improvement of bioethanol productivity of immobilized Saccharomyces bayanus with using sodium alginate-graft-poly(N-vinyl-2-pyrro-lidone) matrix // Biotechnology and Applied Biochemistry. 2012. Vol. 168, no. 2. P. 266-278. https://doi.org/10.1007/s12010-012-9770-0.
  14. Rosenberg M., Rebros M., Kristofikova L., Malatova K. High temperature lactic acid production by Bacillus coagulans immobilized in LentiKats // Biotechnology Letters. 2005. Vol. 27, no. 23-24. P. 1943-1947. https://doi.org/10.1007/s10529-005-3907-y.
  15. Yang K., Han Q., Chen B., Zheng Y., Zhang K., Li Q., et al. Antimicrobial hydrogels: promising materials for medical application // International Journal of Nanomedicine. 2018. Vol. 13. P. 2217-2263. https://doi.org/10.2147/IJN.S154748.
  16. Spagnul C., Greenman J., Wainwright M., Kamil Z., Boyle R.W. Synthesis, characterization and biological evaluation of a new photoactive hydrogel against gram-positive and gram-negative bacteria // Journal of Materials Chemistry B. 2016. Vol. 4, no. 8. P. 1499-1509. https://doi.org/10.1039/C5TB02569A.
  17. Smith M.J., Francis M.B. Methods for generating microbial cocultures that grow in the absence of fixed carbon or nitrogen // Methods in Molecular Biology. 2018. Vol. 1772. P. 45-60.
  18. Grumezescu A.M., Holban A.M. Materials for biomedical engineering. Hydrogels and polymer-based scaffolds. Amsterdam: Elsevier, 2019. 562 p.
  19. Kretschmer M., Lieleg O. Chelate chemistry governs ion-specific stiffening of Bacillus subtilis B-1 and Azotobacter vinelandii biofilms // Biomaterials Science. 2020. Vol. 8, no. 7. P. 1923-1933. https://doi.org/10.1039/C9BM01763A.
  20. Snigdha S., Kalarikkal N., Thomas S., Rad-hakrishnan E.K. Laponite clay/poly(ethylene oxide) gel beads for delivery of plant growth-promoting rhizobacteria // Bulletin of Materials Science. 2021. Vol. 44, no. 2. P. 215-228. https://doi.org/10.1007/s12034-021-02383-9.
  21. Лавлинская М.С., Сорокин А.В. Разработка технологии получения суперабсорбента на основе отходов растениеводства // Материалы китайско-российского конкурса инноваций и предпринимательства - 2020. Воронеж, 2021. С. 34-37.
  22. Сэги Й. Методы почвенной микробиологии / пер. с венг. И.Ф. Куренного. М.: Колос, 1983. 296 с.
  23. Анганова Е.В., Савилов Е.Д., Ушкарева О.А., Аблов А.М., Духанина А.В. Способность патогенных и условнопатогенных энтеробактерий к формированию биопленок // Acta Biomedica Scientifica. 2014. N 5. С. 34-37.
  24. Савилов Е.Д., Маркова Ю.А., Немченко У.М., Носкова О.А., Чемезова Н.Н., Кунгурцева Е.А.. Способность к биопленкообразованию у возбудителей инфекций, выделенных от пациентов крупного многопрофильного детского стационара // Тихоокеанский медицинский журнал. 2020. Т. 1. С. 32-35.
  25. O'Toole G.A., Kolter R. Initiation of biofilm formation in Pseudomonas fluorescens WCS365 proceeds via multiple, convergent signalling pathways: a genetic analysis // Molecular Microbiology. 1998. Vol. 28, no. 3. P. 449-461. https://doi.org/10.1046/j.1365-2958.1998.00797.x.
  26. Ярец Ю.И., Шевченко Н.И. Новый метод анализа бактериальной биопленки // Наука и инновации. 2016. Т. 10. С. 64-68.
  27. Christensen G.D., Simpson W.A., Younger J.J., Baddour L.M., Barrett F.F., Melton D.M., et al. Adherence of coagulase-negative staphylococci to plastic tissue culture plates: a quantitative model for the adherence of Staphylococci to medical devices // Journal of Clinical Microbiology. 1985. Vol. 22, no. 6. P. 996-1006.
  28. Хайлафян А.А. Современные статистические методы медицинских исследований. М.: ЛЕНАРД, 2014. 320 с.
  29. Luke D.A. A User's guide to network analysis in R. Springer, 2015. P. 94-95. https://doi.org/10.1007/978-3-319-23883-8_2.

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar


Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».