Promotion effect of Lysobacter enzymogenes LE16 on the growth of tobacco

doi:10.11686/cyxb2025238

Abstract

Abstract:

Nicotiana tabacum is a cash crop with high fertilizer demands. In Chinese tobacco-growing regions， long-term excessive application of chemical fertilizers， particularly nitrogen and phosphorus， has led to accumulate nutrient-rich in soils， which are poorly available for plant uptake with insoluble organic forms. Utilizing microorganisms to solubilize these bound nutrients presents a viable strategy to reduce fertilizer application， lower costs， and improve nutrient-use efficiency in tobacco cultivation. This study investigated the effects of Lysobacter enzymogenes LE16 on soil nutrient mobilization and tobacco growth through soil incubation experiments， pure culture assays， and pot trials. The results demonstrated that strain LE16 secretes protease and phosphatase enzymes. In soil incubation experiments， inoculation with LE16 significantly enhanced the activities of neutral protease and neutral phosphatase， concurrently increasing the contents of alkali-hydrolyzable nitrogen and available phosphorus in the soil （P<0.05）. Significant positive correlations were observed between alkali-hydrolyzable nitrogen content and neutral protease activity （r=0.925**， P<0.01）， and available phosphorus content and neutral phosphatase activity （r=0.405*， P<0.05）. Pot experiments revealed that activities of the neutral protease and neutral phosphatase， as well as the content of alkali-hydrolyzable nitrogen in the rhizosphere soil were significantly higher （P<0.05） in the treatments receiving chemical fertilizer+LE16 （CF+LE16） and 90% chemical fertilizer+LE16 （0.9CF+LE16） compared to treatment with chemical fertilizer （CF）. Specifically， neutral protease activity increased by 21.96% and 46.08%， neutral phosphatase activity by 35.59% and 52.13%， and alkali-hydrolyzable nitrogen by 18.58% and 12.83%， in the CF+LE16 and 0.9CF+LE16 treatments， respectively. The available phosphorus content in the CF+LE16 and 0.9CF+LE16 treatments was higher than that in the CF treatment， though not significantly. Furthermore， the uptake of nitrogen， phosphorus and potassium in tobacco plants was significantly promoted （P<0.05） in the CF+LE16 and 0.9CF+LE16 treatments， with increases of 16.55% and 9.24% for nitrogen， 5.70% and 4.83% for phosphorus， and 18.46% and 11.59% for potassium， respectively. Additionally， growth parameters-including stem fresh/dry weight， leaf fresh/dry weight， plant height， and maximum leaf area-in the 0.9CF+LE16 treatment were comparable to those in the CF treatment. The study demonstrates that L. enzymogenes LE16 effectively mobilizes bound soil nutrients， enhances nutrient uptake， and promotes tobacco plant growth， showing considerable potential for reducing fertilizer application while maintaining yield.

Key words: Lysobacter enzymogenes LE16, nutrient activation, Nicotiana tabacum, growth

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Figures/Tables 8

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指标 Index	中性蛋白酶 Neutral protease	碱解氮 Alkali-hydrolyzable nitrogen	中性磷酸酶 Neutral phosphatase	有效磷 Available phosphorus
中性蛋白酶Neutral protease	1.000	0.925**	-	-
碱解氮Alkali-hydrolyzable nitrogen	0.925**	1.000	-	-
中性磷酸酶Neutral phosphatase	-	-	1.000	0.405*
有效磷Available phosphorus	-	-	0.405*	1.000

指标 Index	中性蛋白酶 Neutral protease	碱解氮 Alkali-hydrolyzable nitrogen	中性磷酸酶 Neutral phosphatase	有效磷 Available phosphorus
中性蛋白酶Neutral protease	1.000	0.925**	-	-
碱解氮Alkali-hydrolyzable nitrogen	0.925**	1.000	-	-
中性磷酸酶Neutral phosphatase	-	-	1.000	0.405*
有效磷Available phosphorus	-	-	0.405*	1.000

处理 Treatment	有机质 Organic matter （g·kg^-1）	碱解氮 Alkali-hydrolyzable nitrogen （mg·kg^-1）	有效磷 Available phosphorus （mg·kg^-1）	速效钾 Available potassium （mg·kg^-1）	全氮 Total nitrogen （g·kg^-1）	全磷 Total phosphorus （g·kg^-1）	全钾 Total potassium （g·kg^-1）
CK	26.63±1.11ab	92.27±0.90c	49.49±1.16b	230.00±2.89d	1.42±0.03ab	1.05±0.01c	14.73±0.33b
CF	26.17±0.35b	93.33±0.88c	51.47±0.52ab	392.67±24.23a	1.39±0.01b	1.09±0.01bc	15.07±0.13ab
CF+LE16	26.80±0.38ab	110.67±1.86a	51.44±0.86ab	291.67±6.01c	1.44±0.01ab	1.16±0.01a	15.07±0.33ab
0.9CF+LE16	26.63±0.55ab	105.30±1.36b	55.69±3.11a	356.67±6.01ab	1.42±0.03ab	1.10±0.02bc	15.10±0.20ab
0.8CF+LE16	28.77±0.47a	112.67±0.59a	47.68±1.10b	323.33±13.33bc	1.50±0.04a	1.17±0.04a	15.80±0.40a

处理 Treatment	有机质 Organic matter （g·kg^-1）	碱解氮 Alkali-hydrolyzable nitrogen （mg·kg^-1）	有效磷 Available phosphorus （mg·kg^-1）	速效钾 Available potassium （mg·kg^-1）	全氮 Total nitrogen （g·kg^-1）	全磷 Total phosphorus （g·kg^-1）	全钾 Total potassium （g·kg^-1）
CK	26.63±1.11ab	92.27±0.90c	49.49±1.16b	230.00±2.89d	1.42±0.03ab	1.05±0.01c	14.73±0.33b
CF	26.17±0.35b	93.33±0.88c	51.47±0.52ab	392.67±24.23a	1.39±0.01b	1.09±0.01bc	15.07±0.13ab
CF+LE16	26.80±0.38ab	110.67±1.86a	51.44±0.86ab	291.67±6.01c	1.44±0.01ab	1.16±0.01a	15.07±0.33ab
0.9CF+LE16	26.63±0.55ab	105.30±1.36b	55.69±3.11a	356.67±6.01ab	1.42±0.03ab	1.10±0.02bc	15.10±0.20ab
0.8CF+LE16	28.77±0.47a	112.67±0.59a	47.68±1.10b	323.33±13.33bc	1.50±0.04a	1.17±0.04a	15.80±0.40a

处理 Treatment	茎Stem （g·plant^-1）		叶Leaf （g·plant^-1）		株高 Plant height （cm）	茎粗 Stem diameter （cm）	最大叶面积 Maximum leaf area （cm2）	叶片数 Leaf number （No.·plant^-1）
处理 Treatment	鲜重 Fresh weight	干重 Dry weight	鲜重 Fresh weight	干重 Dry weight	株高 Plant height （cm）	茎粗 Stem diameter （cm）	最大叶面积 Maximum leaf area （cm2）	叶片数 Leaf number （No.·plant^-1）
CK	27.0±1.5b	3.8±0.3b	51.3±2.4b	3.5±0.3b	51.0±1.2b	3.6±0.03b	234.0±16.3d	11±0.9b
CF	234.0±12.9a	30.6±0.7a	339.3±38.8a	41.7±1.1a	115.5±1.8a	5.9±0.13a	845.0±19.1bc	20±0.7a
CF+LE16	259.7±14.3a	30.4±3.3a	375.0±36.7a	42.7±2.0a	117.3±4.3a	6.1±0.12a	1008.7±52.2a	21±1.2a
0.9CF+LE16	237.7±13.3a	31.7±2.1a	340.0±34.8a	42.4±5.6a	113.2±3.3a	6.1±0.06a	805.8±29.0c	19±1.0a
0.8CF+LE16	227.3±19.9a	30.5±4.5a	351.3±14.8a	49.5±4.7a	107.8±5.0a	6.2±0.21a	947.2±51.5ab	20±0.7a