Effects of three endophytic bacteria in the roots of Salvia miltiorrhiza on host growth and medicinal quality

doi:10.11686/cyxb2024194

Abstract

Abstract:

A pot experiment was conducted to study the effects of three endophytic bacteria on the growth， physiology， and medicinal quality of Salvia miltiorrhiza. The ultimate aim of this research was to identify bacteria suitable for the development of microbial fertilizers for S. miltiorrhiza. Three endophytic bacteria （Mesorhizobium amorphae B546， Bacillus thuringiensis NB49， and B. thuringiensis Bt12） isolated from the roots of S. miltiorrhiza were applied to seedlings via root irrigation. The growth and physiological indicators were measured at different times （7， 14， 28， 42， 56 d） after treatment， and the contents of eight active ingredients in the roots were determined at harvest. It was found that all three endophytic bacteria significantly promoted the accumulation of S. miltiorrhiza biomass. After 56 days of growth， the diameter of the main root and the dry weight of the above ground and underground parts were significantly higher （by 1.21-2.49 times） in all the treatments than in the uninoculated control （CK）（P<0.05）. The endophytic bacterial treatments had a significant impact on the physiology of S. miltiorrhiza， with B. thuringiensis Bt12 having the best promoting effect. After 42 days of growth， the contents of soluble sugars， soluble proteins， total chlorophyll， zein， 6-benzylaminopurine， and auxin were 1.36- to 2.18-times higher in the treatments than in CK. The three endophytic bacteria strains exerted distinct effects on the accumulation of active components in S.miltiorrhiza. Notably， B. thuringiensis Bt12 significantly enhanced the accumulation of total tanshinone and total salvianolic acid to levels 2.10- and 1.37-times that in CK， respectively. M. amorphae B546 and B. thuringiensis NB49 promoted the accumulation of total tanshinone， to levels 1.08- and 1.34-times that in CK， respectively， but inhibited the accumulation of phenolic acids， with the total phenolic acid content being 92.21% and 69.29% of that in CK， respectively. In summary， the three strains of endophytic bacteria significantly affected the growth， physiological metabolism， and accumulation of active ingredients in S. miltiorrhiza. Among the tested endophytic bacteria， B. thuringiensis Bt12 had the strongest promoting effect. Thus， it has potential applications in the development of specialized microbial fertilizers for S. miltiorrhiza.

Key words: Salvia miltiorrhiza, endophytic bacteria, microbial fertilizers, promote growth, medicinal quality

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Figures/Tables 14

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序号Number	标准物质Standard substances	回归方程Regression equation	R²	线性范围Linear range （μg·mL^-1）
1	玉米素ZT	Y₁=24714X₁-1175	0.9994	0.0596~1.7880
2	赤霉素GA₃	Y₂=2775X₂-1197	0.9991	0.6760~20.2800
3	6-苄氨基嘌呤6-BA	Y₃=17304X₃-3298	0.9994	0.1016~21.3360
4	吲哚乙酸IAA	Y₄=11956X₄-382	0.9995	0.1448~21.7200
5	脱落酸ABA	Y₅=56222X₅-332	0.9995	0.0367~1.8630

序号Number	标准物质Standard substances	回归方程Regression equation	R²	线性范围Linear range （μg·mL^-1）
1	玉米素ZT	Y₁=24714X₁-1175	0.9994	0.0596~1.7880
2	赤霉素GA₃	Y₂=2775X₂-1197	0.9991	0.6760~20.2800
3	6-苄氨基嘌呤6-BA	Y₃=17304X₃-3298	0.9994	0.1016~21.3360
4	吲哚乙酸IAA	Y₄=11956X₄-382	0.9995	0.1448~21.7200
5	脱落酸ABA	Y₅=56222X₅-332	0.9995	0.0367~1.8630

序号 Number	标准物质 Standard substances	检测波长 Detection wavelength （nm）	回归方程 Regression equation	R²	线性范围 Linear range （mg·mL^-1）
1	丹参素钠Salvianic acid A sodium	281	Y₁=6338856X₁-3710	0.9992	0.0003~0.0509
2	迷迭香酸Rosmarinic acid	330	Y₂=38426711X₂+837	0.9997	0.0005~0.0720
3	丹酚酸B Salvianolic acid B	286	Y₃=3451508X₃-24513	0.9996	0.0066~0.9936
4	二氢丹参酮Ⅰ Dihydrotanshinone Ⅰ	244	Y₄=59176600X₄+6524	0.9994	0.0007~0.1008
5	隐丹参酮Cryptotanshinone	268	Y₅=56680173X₅+28410	0.9995	0.0006~0.0960
6	丹参酮Ⅰ Tanshinone Ⅰ	270	Y₆=476643443X₆-21867	0.9998	0.0008~0.1200
7	鼠尾草酸Carnosic acid	284	Y₇=3038604X₇-7162	0.9991	0.0046~0.0958
8	丹参酮Ⅱ_A Tanshinone Ⅱ_A	270	Y₈=138353815X₈+64080	0.9993	0.0006~0.0900

序号 Number	标准物质 Standard substances	检测波长 Detection wavelength （nm）	回归方程 Regression equation	R²	线性范围 Linear range （mg·mL^-1）
1	丹参素钠Salvianic acid A sodium	281	Y₁=6338856X₁-3710	0.9992	0.0003~0.0509
2	迷迭香酸Rosmarinic acid	330	Y₂=38426711X₂+837	0.9997	0.0005~0.0720
3	丹酚酸B Salvianolic acid B	286	Y₃=3451508X₃-24513	0.9996	0.0066~0.9936
4	二氢丹参酮Ⅰ Dihydrotanshinone Ⅰ	244	Y₄=59176600X₄+6524	0.9994	0.0007~0.1008
5	隐丹参酮Cryptotanshinone	268	Y₅=56680173X₅+28410	0.9995	0.0006~0.0960
6	丹参酮Ⅰ Tanshinone Ⅰ	270	Y₆=476643443X₆-21867	0.9998	0.0008~0.1200
7	鼠尾草酸Carnosic acid	284	Y₇=3038604X₇-7162	0.9991	0.0046~0.0958
8	丹参酮Ⅱ_A Tanshinone Ⅱ_A	270	Y₈=138353815X₈+64080	0.9993	0.0006~0.0900

处理 Treatment	时间 Time	光合色素含量Photosynthetic pigment content （mg·g^-1）
处理 Treatment	时间 Time	叶绿素a Chlorophyll a	叶绿素b Chlorophyll b	类胡萝卜素Carotenoids	总叶绿素Total chlorophyll
CK	7 d	0.5779±0.0158ab	0.3382±0.0099ab	0.0568±0.0120c	0.9161±0.0060a
	14 d	0.4655±0.0462b	0.2401±0.0303b	0.0635±0.0074a	0.7056±0.0752b
	28 d	0.3029±0.0192c	0.1562±0.0097b	0.0453±0.0026b	0.4591±0.0288b
	42 d	0.4004±0.0213d	0.2210±0.0107d	0.0527±0.0033d	0.6214±0.0319d
	56 d	0.3730±0.0158c	0.2263±0.0093d	0.0401±0.0021b	0.5993±0.0250c
M. amorphae B546	7 d	0.4365±0.0866c	0.2489±0.0586bc	0.0666±0.0180b	0.6854±0.1418b
	14 d	0.6662±0.0411a	0.3473±0.0268a	0.0899±0.0270a	1.0136±0.0675a
	28 d	0.4199±0.0019a	0.2103±0.0020a	0.0669±0.0005a	0.6302±0.0031a
	42 d	0.5882±0.0042b	0.2953±0.0021b	0.0887±0.0006b	0.8835±0.0063b
	56 d	0.5437±0.0123a	0.2981±0.0092a	0.0711±0.0046a	0.8418±0.0182a
B. thuringiensis NB49	7 d	0.4752±0.0508bc	0.2418±0.0172c	0.0621±0.0058b	0.7171±0.0675b
	14 d	0.5546±0.0808b	0.2717±0.0157b	0.0697±0.0297a	0.8263±0.0958b
	28 d	0.2949±0.0058c	0.1502±0.0045b	0.0455±0.0016b	0.4451±0.0092b
	42 d	0.5013±0.0042c	0.2684±0.0027c	0.0701±0.0008c	0.7697±0.0069c
	56 d	0.4673±0.0043b	0.2468±0.0010c	0.0507±0.0041b	0.7141±0.0054b
B. thuringiensis Bt12	7 d	0.6346±0.0539a	0.3642±0.0725a	0.0699±0.0144a	0.9988±0.1086a
	14 d	0.7457±0.0227a	0.3789±0.0287a	0.0956±0.0247a	1.1067±0.0575a
	28 d	0.3957±0.0031b	0.2012±0.0232a	0.0628±0.0047a	0.5969±0.0263a
	42 d	0.6304±0.0005a	0.3155±0.0150a	0.0966±0.0038a	0.9460±0.0152a
	56 d	0.4400±0.0372b	0.2702±0.0163b	0.0742±0.0134a	0.7101±0.0209b