The effect of bacteria-based formulations on tea (Camellia sinensis L.) growth, yield, and enzyme activities

Annals of Warsaw University of Life Sciences – SGGW
Horticulture and Landscape Architecture No 38, 2017: 5–18
(Ann. Warsaw Univ. of Life Sci. – SGGW, Horticult. Landsc. Architect. 38, 2017)
DOI 10.22630/AHLA.2017.38.1

The effect of bacteria-based formulations on tea (Camellia sinensis L.) growth, yield, and enzyme activities

RAMAZAN CAKMAKCI1, YASAR ERTURK2, ATEFEH VARMAZYARI1, ALI ATASEVER3, RECEP KOTAN4, KAMIL HALILOGLU1, MUSTAFA ERAT5, KUBILAY TURKYILMAZ6, REMZI SEKBAN6, AYHAN HAZNEDAR6
1Department of Agronomy, Çanakkale Onsekiz Mart University
2Department of Horticulture, Bozok University
3Hamza Polat Technical Vocational School, Atatürk University
4Department of Plant Protection, Atatürk University
5Erzurum Vocational Training School, Atatürk University
6Ataturk Tea and Horticultural Research Institute in Rize

Abstract: There is an increasing need to use microorganisms for safe crop production for consumers, as well as to prevent environmental pollution and ensure the sustainability of agriculture and agricultural resources. The objective of this study was to evaluate possible effects of mineral fertilizer (NPK), one commercial liquid bio-fertilizer and ACC deaminase-contain-ing, N2-fixmg, and P-solubilizing bacteria-based bio-fertilizers in triple strain combinations (BF1: Bacillus subtilis RC28 + Paenibacillus polymyxa RC05 + Pseudomonas fluorescens RC77; BF2: Bacillus subtilis RC63 + Paenibacillus polymyxa 24/3 + Pseudomonas fluorescens 48/3; BF3: Bacillus atrophaeus 36/10 + Paenibacillus polymyxa 28/3 + Pseudomonas fluorescens 51/2; BF4: Bacillus subtilis 39/3 + Bacillus subtilis RC63 + + Pseudomonas fluorescens 53/6; BF5: Bacillus subtilis RC521 + Paenibacillus polymyxa 66/6 + Pseudomonas fluorescens RC77; BF6: Bacillus megaterium 12/1 + Paenibacillus polymyxa RC35 + Pseudomonas fluorescens 48/3) on the growth and enzyme activities in tea under natural acidic conditions over three years. The bio-fertilizer formulations stimulated overall plant growth, including shoot development, plant height, trunk diameter, leaf area, leaf yield, chlorophyll and an-thocyanin content, and activities of oxidative, catalytic, hydrolytic and anti-oxidative enzymes, in the Turkish registered tea clones Tuglah-10. In addition, inoculation with bacterial formulation affected the activities of enzymes such as glutathione reductase, glutathione S-transferase, glucose-6-phosphate dehydrogenase, 6-phospho-gluconate dehydrogenase, polyphenol oxidase, peroxidase, urease, 5-dehydroshikimate reduc-tase, and alcohol dehydrogenases. However, plant growth responses were variable and dependent on the formulations and parameter evaluated. The selected effective bio-formulations could play an important role in understanding the plants' tolerance and adaptation to stress, and may contribute to improving the quality of tea products. Their ability to enhance plant growth will enable reductions in inputs of chemical fertilizer, and they have the potential to be used as a bio-fertilizer in sustainable and organic tea production. Our results indicate that a higher leaf yield potential in tea plants with bacterial inoculation can be expected on acidic soils in Turkey.

Key words: tea (Camellia sinensis L.), multi-trait rhizobacteria, bio-fertilizers, mixed inoculations, enzyme activity

Streszczenie: Wpływ preparatów zawierających bakterie na wzrost, plon i aktywność enzymatyczną herbaty (Camellia sinensis L.). Istnieje rosnąca potrzeba stosowania mikroorganizmów w uprawach, w celu uzyskania żywności bezpiecznej dla konsumentów, przeciwdziałania zanieczyszczeniu środowiska oraz utrzymania zrównoważonego rolnictwa i zachowania rolniczych zasobów. Celem tej pracy była ocena możliwego wpływu nawozu mineralnego (NPK), komercyjnego bio-nawozu płynnego oraz biopreparatów zawierających bakterie na wzrost i aktywność enzymatyczną herbaty uprawianej przez trzy lata na naturalnie kwaśnych glebach. Do porównań użyto zawierające deaminazę ACC, wiążące azot i solubizujące fosfor bakteryjne biopreparaty, które zawierały potrójne kombinacje szczepów bakteryjnych (BF1: Bacillus subtilis RC28 + Paenibacillus po-lymyxa RC05 + Pseudomonas fluorescens RC77; BF2: Bacillus subtilis RC63 + Paenibacilluspoly-myxa 24/3 + Pseudomonas fluorescens 48/3; BF3: Bacillus atrophaeus 36/10 + Paenibacillus poly-myxa 28/3 + Pseudomonas fluorescens 51/2; BF4: Bacillus subtilis 39/3 + Bacillus subtilis RC63 + Pseudomonas fluorescens 53/6; BF5: Bacillus subtilis RC521 + Paenibacillus polymyxa 66/6 + Pseudomonas fluorescens RC77; BF6: Bacillus megaterium 12/1 + Paenibacillus polymyxa RC35 + Pseudomonas fluorescens 48/3). W zarejestrowanym w Turcji klonie herbaty Tuglali-10 biopreparaty stymulowały ogólny wzrost roślin, w tym rozwój i przyrost elongacyjny pędów, średnicę pędu głównego, powierzchnię i plon liści, zawartość chlorofilu i antocyjanów, aktywności oksydacyjną, katalityczną, hydrolityczną i an-tyoksydacyjną herbaty. Inokulacja preparatami bakteryjnymi wpływała również na aktywność enzymów, takich jak: reduktaza glutationowa, s-transferaza glutationowa, dehydrogenaza glu-kozo-6P, dehydrogenaza 6-fosforoglukonianu, oksydaza polifenolowa, peroksydaza, ureaza, reduktaza 5-dehydroszikimianu oraz dehydrogenazy alkoholowe. Reakcja wzrostowa roślin była jednak różna i zależna od rodzaju formulacji oraz ocenianego parametru. Wyselekcjonowane, efektywne biopreparaty mogą pełnić istotną funkcję w zrozumieniu tolerancji roślin i ich adaptacji do stresu. Mogą one także przyczyniać się do polepszenia produktów uzyskiwanych z herbaty. Zdolność biopreparatów do stymulacji wzrostu roślin sprawia, że mogą być one wykorzystywane jako bionawozy w zrównoważonej i organicznej produkcji herbaty, co także może przyczynić się do ograniczenia stosowania chemicznych nawozów. Nasze wyniki wskazują, że inokulacje bakteryjne mogą zwiększać plon liści herbaty na kwaśnych glebach w Turcji.

Please use the following format to cite the selected article:
ÇAKMAKÇI R., ERTÜRK Y., VARMAZYARI A., ATASEVER A., KOTAN R., HALILOĞLU K., ERAT M., TÜRKYILMAZ K., SEKBAN R., HAZNEDAR A. (2017). The effect of bacteria-based formulations on tea (Camellia sinensis L.) growth, yield, and enzyme activities. Ann. Warsaw Univ. of Life Sci. – SGGW, Horticult. Landsc. Architect. 38: 5-18

Authors’ addresses:
e-mail: rcakmak@atauni.edu.tr