的营养价值芝麻纪录l改进为Azospirillum和固氮菌在低投入NP的情况下

背景

芝麻（芝麻奖L.）是具有各种用途的通用工业作物，含有50-55％的油，20％蛋白，14-20％碳水化合物和2-3％纤维。已知几种环境因素对芝麻的产量和生产力产生了不利影响。我们的整体目标是提高芝麻简介的增长，产量和质量。TS-3使用植物生长促进robocogacteria（PGPR）并将氮气和磷肥（NP）保存50％。现场实验（随机完整的块设计）于2012 - 2013年7月两月到10月的几个月进行。Azospirillum（al）和固氮菌（AV）单独用作种子接种，以及以25kg / ha和30kg / ha的速率为25kg / ha和30kg / ha的磷酸盐（n）和磷酸盐（尿素）的一半．

结果

我们在这里报告A. Lipoferum.随着半剂量的NP肥料（ALCF）在增加与对照相比增加芝麻的农艺和产量性状的高度有效。A. Vinelandii.加入NP肥料（AVCF）表现出较高的种子油含量。在ALCF处理中观察到最小酸值，最佳的比重和改性脂肪酸组合物。通过ALCF的油酸增加与改善的油质与健康益处的油质直接相关，因为油酸是脂肪酸在饱和度和不饱和度之间的平衡和低血压（降压降低）效应之间产生平衡。

结论

推断ALCF治疗改善了植物生长，种子产量和油质芝麻，与优质食用油生产有关。

植物油在我们的食物中有着重要的作用，是人类健康的重要组成部分。全球对植物油的需求正在增长，预计到2050年将达到2.4亿吨[1］．在亚洲国家，芝麻籽作为保健食物的来源已被用于预防疾病数千年。据报道，芝麻含有对人体健康有益的这些化合物，包括抗氧化剂，抗癌，抗衰析性，降低，抗高血压和抗育种特性[2］．芝麻油含有最丰富的脂肪酸即亚油，棕榈酸和硬脂酸，其共同占总脂肪酸的96％[3.］．由于世界人口的增加，食用油的需求逐渐增加，因此，石油种子作物的培养是在世界各地消费[4］．但是，需要努力通过环境友好和成本效益的措施增加植物油的生产。正在探索可持续措施，提高人类食用食用油的质量和数量，因为过度利用化肥对环境产生不利影响，是土壤和水污染的主要原因之一。与化学肥料组合供应的生物元素可以最大限度地减少上述问题[5，6］．生物元化器主要包括那些具有修复大气氮，释放植物生长促进物质和溶解岩石磷酸盐等的能力的微生物。这些微生物包括真菌，例如丛枝肌瘤（AM）和植物生长促进的细菌（PGPR）等细菌。这些微生物促进植物生长和屈服，以及互相协同效果。

PGPR作为生物元素的利用越来越多地报告作为补充农业系统中的常规投入的一种方式[7］．

PGPR天然存在于土壤中，能提高植物生长、免疫力和生产力[8］．Shakeri等人。[9]和el-habbasha等。[10.据报道，PGPR与半和四分之一的化学肥料组合的应用导致改善农艺属性，产量和产量组分以及其他治疗和未征收的植物的芝麻的种子和蛋白质含量[11.］．他们进一步报道，PGPR处理通过降低软脂酸和硬脂酸的含量增加了油酸的含量。同样，已有研究报道，施用PGPR可提高油菜和芝麻的叶面积指数、干物质、收获指数、产量及产量构成因素、籽油含量和蛋白质含量[12.，13.］．因此，PGPR是提高食用作物产量和品质的理想生物接种剂。由于气候变化引起的遗传漂变导致根际细菌的多样性，需要对不同品种和环境条件下的新菌株进行评价。

芝麻是重要的经济作物之一，其油脂营养丰富。本研究旨在提高芝麻(芝麻纪录L.）通过应用的可食用油生产Azospirillum和固氮菌为了绿色和可持续的农业，尽量减少氮肥和磷肥的使用。

还进行了场地的土壤分析，如表所示1．

由于这两年的数据没有显著的变化，因此，将数据合并在一起(附加文件1：表S1）。

效果A. lipoferum, A. vinelandii和叶片叶绿素和蛋白质含量，植物高度和植物肥料的NP肥料。分支的植物⁻¹

与对照相比，所有治疗导致叶片叶绿素和蛋白质含量增加（图。1A和B）。然而，记录了最大增加（309％）叶叶绿素含量的含量A. Lipoferum.+半剂量NP肥处理(ALCF)，然后单次施用A. Lipoferum.(190%)。ALCF处理的叶片可溶性蛋白含量最高为253%，其余处理均较对照增加138%(图2)。1b）。

株高和分枝株数显著增加⁻¹被所有治疗记录。然而，通过ALCF治疗随后进行ALCF治疗，最大增加（60％）导致ALCF治疗（A. Vinelandii.+半剂量化肥)与对照(图。1c）。ALCF处理的应用导致分支植物数量的最大改善（​​120％）⁻¹其次是AVCF治疗（图。1d).其他处理也比对照显著增加。

效果A. lipoferum, A. vinelandii和化肥对荚膜分枝数量的影响⁻¹，种子产量和种子油含量

数字2A表明，不同治疗的应用增加了胶囊分支的数量⁻¹然而，ALCF处理记录的最大增量(108%)高于对照(图。2a).与对照相比，其他处理也显示出相当数量的增加。

各处理的籽粒产量和籽粒含油量均显著高于对照(图2)。2b和c)。然而，ALCF处理导致种子产量最大显著增加(79%)(图。2b).种子含油量在AVCF处理中最高(39.40%)，其次是ALCF处理(图4)。2c）与对照相比。然而，其余的治疗方法致敏感。A. Lipoferum.（al），A. Vinelandii.与对照相比，种子油含量的（AV）和CFH显着提高。

效果A. lipoferum, A. vinelandii和NP肥对芝麻油脂肪酸的影响

图2中的结果。3.结果表明，ALCF和AVCF处理对改变芝麻油中主要脂肪酸的相对比例效果显著。ALCF处理的软脂酸(C: 16:0)和硬脂酸含量显著低于对照(图16)。3.与对照相比，AVCF处理的软脂酸和硬脂酸(C18:0)含量无显著差异(图6)。3.A和B）。

通过AlCF处理记录油酸内容物（C18：1）中的最大增加（6％），然后与对照相比进行Al治疗（图。3.c）。与对照相比，在ALCF处理中也观察到亚油酸（C18：2）中显着提高（7％）（图。3.d).然而，在处理中记录了亚油酸的减少A. Vinelandii.(AV)不施肥料。

效果A. lipoferum, A. vinelandii和NP肥料对碘值、皂化值、酸值和游离脂肪酸含量的影响

结果表明，碘值和皂化值的最大降幅为A. Lipoferum.(AL)单独应用时(图。4然而，A和B）与对照相比，这种减少并不重要。其余的治疗方法显示了控制上的参数。所有处理表明酸值的降低，然而，与对照相比，在ALCF处理的油状物中记录酸值（42％）的最大显着降低（图。4c）。

所有处理的游离脂肪酸内容物显着降低，然而，通过ALCF记录最大减少（50和29％），然后分别在对照上进行AVCF处理（图。4d).与对照组相比，其他处理也显著降低了游离脂肪酸含量。

有益的影响A. Lipoferum.接种半剂量NP肥可提高叶绿素和蛋白质含量，这可能是由于增加了对发育组织和器官的氮素供应。氮肥提高了植株的叶绿素含量，这很容易从植株的深绿色中观察到[14.，15.］．A. Lipoferum.是一种氮固定剂，可以提供增加的氮气量，其可能增强氨基酸的产生，最终导致蛋白质含量的增加。Shakeri等人。[9]报道，施用氮肥和根际固氮细菌显著提高了芝麻蛋白质含量。有报道称，油棕植物接种用A. Lipoferum.显著提高叶绿素含量[16.]，这些结果与我们的结果是一致的，除了试验品系的产量和油品质量提高了一半剂量的氮和磷肥料。Azospirillum是一个n₂- 混凝器生物，协助增加氮代谢和叶片蛋白质含量。Haroun和Hussein报告了类似的观察[17.在羽扇豆山幼苗即生物元化器增强了相对蛋白质浓度。ALCF治疗中植物高度的增加更加明显。叶片叶绿素含量的增加导致光合作用水平增加，这与碳水化合物产量增加相关的光合作用水平，这最终导致植物的生长成分的增加，以植物身高和每株植物分支数量和最终种子产量（图。5和6）。叶片叶绿素含量和其他农艺和种子产量特征之间存在正相关（植物身高和分支植物的数量）⁻¹,没有。胶囊的分支⁻¹)P< 0.001(表2）。同样，磷酸盐肥料增加了细胞分裂率和其他代谢活动，并导致植物的增长增加。Chandrasekar等人报道了类似的结果。[18.结果表明，生物肥料与农用肥料配施显著提高了芝麻株高和种子产量Echinochloa frumentacea.．增加。分支机构，没有。每分支的胶囊和每个胶囊的种子导致种子产量的总体增加，表中显示正相关2在P<0.001。Shakeri等人。[9据报道，PGPR的应用增加了芝麻的产量和产量组分。在一项研究中据报道，宿主植物总氮要求的约70％的应用是由应用提供的Azospirillum和其他根际细菌[19.使作物的产量增加。同样，Soleimanzadeh等人[20.据报道，PGPR利用植物生长物质生产的重要机制，这导致植物的发展和生长增加。在目前的研究中，种子油含量的最大增加导致AVCF，它根据前一项研究A. Vinelandii.与控制和农业化学相比，改善种子油含量[12.］．含油量的增加导致净产油量的增加，这是改善油量的一个重要参数。Nosheen等人也报道了类似的发现[12.[种子油含量的改善记录在固氮菌在油菜籽中进行处理，这证实了目前的结果。A. Vinelandii.单独（AV）和ALCF治疗增加碘值。然而，该参数必须增加限制，因为碘增加到最佳极限的碘量，并且具有可食用的观点来产生不良质量的油，因为它导致油的氧化不稳定性。ALCF以及AVCF在改变脂肪酸组成和改善芝麻油的质量方面非常有效。在目前的研究中，通过AVCF增加了棕榈酸和硬脂酸（饱和脂肪酸），而ALCF显着增加了芝麻籽的油酸和亚油酸（不饱和脂肪酸）含量。Shehata和El-Khawas [21.]报道了在向日葵上施用生物肥料会引起脂肪酸组成的改变。类似地，Nosheen等人[12.]报道了用固氮菌和Azospirillum提高油酸和亚麻酸的含量，这与我们的研究结果一致。Sharifi等人[22.]报道饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸之间存在反向关系，我们的研究也显示了类似的趋势，增加饱和脂肪酸的处理导致不饱和脂肪酸的减少，反之亦然。显著负相关(r= - 0.4542，r饱和和不饱和脂肪酸之间的= - 0.2818已经显示在表中2．同样，从之前的研究中已经明显了Azospirillum brasilense -在油菜（C18：1）和亚油酸（C18：2）中，Brassica中的ACP转化导致粉末（C18：1）和亚油酸（C18：2），其它脂肪酸平行降低。酰基载体蛋白（ACP）调节植物和细菌中脂肪酸的产生[23.因此，ACP对特定脂肪酸的调控可能是油酸和亚油酸产量高于软脂酸和硬脂酸的原因。正如我们所知，油酸是一种重要的脂肪酸，对优质食用油的生产很重要，因为它的产量的增加对创造饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸之间的平衡很重要。此外，也有报道称油酸可能与油的低血压(降低血压)作用有关[24.］．同样，Perdomo等人。[25.据报道，油酸在心血管水平的重要性。他描述了与心血管水平的饱和脂肪酸相比，油酸具有有益效果。因此，内皮功能障碍的改善，炎症，防止心血管胰岛素的抗性以及VSMCS（血管平滑肌细胞）的降低和细胞凋亡，可能导致改善的动脉粥样硬化方法及其稳定性是由于油酸。生物元化器与NP肥料组合降低了饱和脂肪酸的含量，因此可以涉及改善芝麻油的性质。Shakeri等人。[9)报道,应用PGPR半剂量的氮肥料减少饱和脂肪酸和不饱和脂肪酸增加的结果按照Azospirillum结合一半剂量的NP化肥增加不饱和脂肪酸在饱和脂肪酸相比其他内容治疗方法。Abeer等人[26.[报告称，改善了根，芽生长，磷脂馏分，脂质含量，光合色素和增加的脂肪酸含量印度巴西亚植物叶片记录应用枯草芽孢杆菌这与目前的研究结果一致。类似地，Jha等人[23.]报告了…的转变Azospirillum lipoferumACP及其功能表达Brassica Juncea.它主要改善脂肪酸谱，主要是C18：1脂肪酸，表明Azospirillum lipoferum具有改变脂肪酸组成的能力，提高油酸的浓度。

酸值和游离脂肪酸含量的增加会引起油的氧化。低酸值有利于生产优质食用油。在目前的研究中，Azospirillum与对照等处理相比，随着半剂量的NP肥料显着降低了酸值，然而，尚未完全探索PGPR的油质改变机制。这些结果与ABD El-Gawad等人平行。[27.是谁报告的铬球菌固氮菌和巨芽孢杆菌与未处理对照相比，降低了菜籽油的酸值和过氧化值。酸值的降低可能是由于PGPR产生的植物激素，如Ullah等[28.据报道，细胞蛋白的应用降低红花油的酸值。omer和abd-elnaby [29.研究表明，施用生物肥与叶面施KCl互作提高了芝麻产量、种子油含量和种子化学成分。rhizobacteria菌株azospirilum.和固氮菌是SESAMUM植物生物侵蚀的理想候选者。然而，他们与其他微生物等其他微生物的相容性和协同疗效需要在不同的生态条件下进行测试。

该治疗ALCF在提高芝麻油的产量和质量方面具有高效，其与其他治疗的其他治疗相比，在油酸内容物和其他品质性状的增加期间。此外，ALCF和AVCF的应用还将使用NP肥料的使用降低至约30-50％，这是该研究的目的。因此，可以得出结论，ALCF治疗的应用不仅减少了化肥的量，而且还具有芝麻油的增长，产量和质量，具有可食用的石油生产，并且可以建议成为最佳治疗方法。然而，需要进一步的分子方法来确认这些发现并探讨参与改变芝麻的生理和脂肪酸组成的机制。

2012-2013年连续两年的7月至10月在伊斯兰堡Quaid-i-Azam大学的农田进行了田间试验。2012年和2013年的天气数据已在补充文件中给出2S2:表。

场图测量3×3米²由3种随机完整块设计（RCBD）排列的每种处理组成的三种复制。芝麻的种子（芝麻纪录L.）品种TS-3是从NARC（国家农业研究中心）伊斯兰堡获得的。将种子用95％乙醇和0.1％氯化汞灭菌（HGCL₂），之后用无菌水洗涤。

PGPR菌株A. Lipoferum.（登录号No.GQ255949）与玉米根际和玉米根际A. Vinelandii.加入Khsr1(没有。GQ849485)从根中筛选得到Chrysopogon aucheri在之前的研究中[30.］．

治疗

使用以下治疗方法：C：对照，CFH：（推荐化学肥料的半剂量（尿素25kg / ha +二磷酸二千克/公顷），Al：（Azospirillum lipoferum），AV :(偶氮螺旋菌(azospirillum lipoferum) + urea (25 kg/ha as half dose) + Diammonium Phosphate (30 kg/ha as half dose), AVCF (固氮菌vinelandii + urea (25 kg/ha as half dose) + Diammonium Phosphate (30 kg/ha as half dose).

的A. Lipoferum.和A. Vinelandii.应用了（10⁸cfu/mL)作为种子接种[31］．为了制备接种物，Luria Bertani培养基（LB）用于接种两种细菌菌株（24小时旧培养物）以制备肉汤培养物。在24℃下振荡72小时后，将离心以10,000rpm进行10分钟，收集沉淀。将上清液被缩回，用高压灭菌的水将沉淀稀释至100ml，以使光学密度为600nm。已经将灭菌的种子浸泡在细菌培养中6小时并进行播种。用于对照处理中使用的无细胞上清液。

半剂量磷酸二铵在播种时施用，半剂量尿素以40 d为间隔，分3等份施用。按要求进行灌溉。

叶绿素和蛋白质含量的叶片的取样在植物的植物阶段期间进行。但是，农艺数据（植物高度，分支机数量⁻¹，胶囊分支的数量⁻¹在作物成熟时收集和种子产量。除了产量外，每种参数采集约10-15株植物，并将整个植物被收获，压碎和称重。

叶片叶绿素含量测定

根据Hiscox和以色列人的方法测定叶片叶绿素含量[32]使用二甲基亚砜(DMSO)。小叶盘在65°C DMSO中提取，直到叶盘完全无色。用日立U-1500分光光度计在665和645 nm处测定DMSO中提取的叶绿素的吸光度。

叶片可溶性蛋白含量的测定

叶片蛋白质含量采用Lowry等人的方法测定[33］．新鲜叶子(0.1 g)在7.5 pH的磷酸盐缓冲液(1 mL)中研磨，用杵和研钵。研磨样品在4℃，3000rpm离心10分钟，收集上清液(0.1 mL)。上清液中按1:1比例加入碱性硫酸铜试剂，摇匀10 min后加入Folin试剂(0.1 mL)。30分钟后，在650 nm处记录每个样品的吸光度。以不同浓度的牛血清白蛋白(BSA)作为参考，用标准曲线计算蛋白浓度。

估计种子油含量

根据Robertson和Morrison，核磁共振谱（NMR，牛津分析，英国，新港口4000）估计种子油含量[34］．核磁共振波谱法是一种基于原子核在磁场中改变自旋方向而吸收能量的非破坏性测定种子油含量的方法。

石油开采

根据AOCS Ag 1-65方法，在60℃下，在60℃下，在60℃下，在60℃下溶剂萃取来自芝麻的油。35］．

脂肪酸分析

用于脂肪酸的定量，AOCS标准方法CE 2-66 [36用于制备脂肪酸甲酯（FAME）。的一个nalyses of FAME (0.5 mL) was carried out in a gas chromatograph (Shimadzu QP 5050) having a fused silica capillary column (MN FFAP (50 m _ 0.32 mm i.d. film thickness 0.25 mm) and flame ionizing detector (FID). The gas used as a carrier was Helium and the temperature of the column was maintained at 110 °C for 0.5 min and then heated to 200 °C at 10 °C/min, then maintained for 10 min. Injector and detector temperatures were set at 220 °C and 250 °C, respectively [37］．

碘值估计

根据AOAC推荐的方法进行芝麻油的碘值估计[38］．取油样0.2 g于100ml玻璃塞瓶中，溶解于15ml四氯化碳溶液中。加入25 mL Wij试剂后，在25℃黑暗中静置2 h，然后加入20 mL碘化钾(10% w/v)，以淀粉为指示剂，用硫代硫酸钠(0.2 N)滴定。以类似的方法制备空白，计算碘值。

酸值的测定

采用Cox - Pearson法测定芝麻油的酸值39］．将油样（0.2g）溶于2.5ml乙醇：二乙醚的比例为1：1，并用NaOH滴定[0.1n]。酚酞用作指示剂，并计算酸值。

游离脂肪酸的测定

通过将酸值乘以0.503因子来计算芝麻油样品的游离脂肪酸。该配方为单价游离脂肪酸= 0.503×酸值。

皂化值的测定

根据Pearson的方法估计皂化值[40］．取油样(1 g)于烧瓶中，加入12.5 mL乙醇氢氧化钾，在沸水中加热30分钟，以酚酞(1% v/v)为指示剂，用0.5 N盐酸滴定。在相同条件下进行了空白测定，计算了皂化值。

测定比重

根据AOAC的方法测定比重[41］．

统计分析

采用统计学软件8.1版本的方差分析(ANOVA)对数据进行分析，以最小显著差异(LSD)对平均值进行比较P< 0.05根据Steel and Torrie [42］．数据的图形表示由OriginPro 2016（OriginLab，Northampton，MA）执行。

本研究期间产生或分析的所有数据均包含在本文中[其补充信息文件作为附加文件提供1：表S1和附加文件2S2:表。

ACP：

酰基载体蛋白

al：

Azospirillum lipoferum

ALCF:

Azospirillum lipoferum + Half dose of chemical fertilizers

方差分析:

方差分析

采用AOAC公认的:

官方分析化学家协会

AOC：

美国石油化学家的社会

AV:

固氮菌vinelandii

AVCF:

固氮菌vinelandii + Half dose of chemical fertilizers

BSA:

博文血清白蛋白

C:

控制

CFH:

化肥用量减半

DAP：

磷酸二铵

DMSO溶液:

二甲亚砜

别人：

脂肪酸甲酯

FFAP.：

游离脂肪酸相

支撑材:

Flam电离探测器

G：

克

盐酸:

盐酸

迷幻药:

最小显著性差异

mL:

毫克

n：

氮气

氢氧化钠:

氢氧化钠

NARC：

国家农业研究中心

核磁共振:

核磁共振光谱

NP:

氮磷

PGPR：

促进植物生长促进无根茎

rcbd：

随机完整块设计

VSMCS：

血管平滑肌细胞

作者感谢国家农业研究中心提供了用于实验的种子，此外提供技术和分析支持，以完成这项工作。

作者感谢高等教育委员会的财务支持，以完成这项工作。这些资金已被利用在设计研究和购买化学品/商业分析等。

隶属关系

1. 巴基斯坦伊斯兰堡，Chak Shahzad, Park Road, comsat大学生物科学系，44000

   Asia Nosheen, Rabia Naz, Humaira Yasmin, Rumana Keyani, Muhammad Nadeem Hassan和Ayesha T. Tahir

2. 华丽，巴基斯坦华港大学生物科学系

   Asghari Bano.

3. 巴基斯坦吉尔吉特-巴尔蒂斯坦，组织培养实验室，农业研究部门，生物技术研究和发展科

   人士侯赛因

4. 巴基斯坦，巴努，科学技术大学，植物系

   Faizan Ullah

贡献

AB作为导师参与了实验的构思和设计;此外，她还参与了数据的解释、手稿的起草和重要知识内容的批判性修改;然后她最终批准了这个版本的出版。AN进行了研究工作，数据收集，数据分析，数据解释，手稿和修订的起草。RN, HY和FU帮助实验工作，数据分析，解释和手稿的写作和审查。IH, RK, ATT和MNH在模拟，起草和修改手稿的知识内容方面做出了重大贡献。所有作者都已阅读并批准了最终稿。

通讯作者

对应到亚洲Nosheen．

伦理批准和同意参与

不适用。

同意出版

不适用。

相互竞争的利益

两位作者宣称他们没有相互竞争的利益。

出版商的注意事项

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