Wykorzystanie kwasu kumarowego i ferulowego jako jedynego źródła węgla przez bakterie z rodzaju Azospirillum wiążące wolny azot

• Autorzy: Galazka A. , Lyszcz M. , Perzynski A.

Warianty tytułu

EN

Utilisation of ferulic and coumaric acids as the sole carbon source in fixation of nitrogen by Azospirillum

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Obecność odpowiednio wyselekcjonowanych szczepów bakterii w ryzosferze ma pozytywny wpływ na kiełkowanie, wzrost i rozwój roślin. Szczepy bakterii z rodzaju Azospirillum są zdolne do wiązania azotu przy wykorzystaniu jako jedynego źródła węgla kwasów organicznych i ich soli, jak również węglowodorów i cukrów. Celem pracy była ocena wykorzystania kwasu ferulowego i kumarowego jako jedynych źródeł węgla w procesie wiązania wolnego azotu przez 12 szczepów bakterii z rodzaju Azospirillum. Szczepy te wyizolowano z endoryzosfery jęczmienia jarego (Hordeum sativum L.): 12/6, 1/7 i 15/7, kukurydzy (Zea mays L.): 4B, 23B, 35Bb, 48B, 77Bb1, 83B1 i trawy nadmorskiej z okolic Sobieszewa (Elymus arenarius L.): 29S, 36S, 42S. Szczepy te należały do gatunków: A. amasoense i A. brasilense. Wszystkie szczepy bakterii z rodzaju Azospirillum wiązały azot przy wykorzystaniu kwasu ferulowego i kumarowego jako jedynego źródła węgla. Wyniki badań przedstawiono jako aktywność nitrogenazy po 168 h hodowli “głodzonych” szczepów bakterii Azospirillum przy wykorzystaniu powyższych kwasów. Aktywność nitrogenazy szczepów Azospirillum była bardzo zróżnicowana i zależała zarówno od gatunku szczepu, jak i czasu hodowli. Największą aktywność nitrogenazy stwierdzono u szczepów wyizolowanych z ryzosfery jęczmienia jarego przy wykorzystaniu kwasu ferulowego jako jedynego źródła węgla i energii (szczep 1/7 – 824,32 nM C2H4•24 h-1 • cm-3 fazy gazowej, po 24 h inkubacji). W przypadku szczepów wyizolowanych z endoryzosfery kukurydzy najwyższą aktywnością nitrogenazy charakteryzował się szczep 4B (715,14 nM C2H4•24 h-1•cm-3 fazy gazowej, po 24 h inkubacji. Szczepy z najniższą aktywnością nitrogenazy pochodziły z endoryzosfery trawy Elymus arenarius, gdzie najwyższą aktywnością nitrogenazy charakteryzował się szczep 29S przy wykorzystaniu kwasu ferulowego jako jedynego źródła węgla (274,56 nM C2H4•24 h-1•cm-3 fazy gazowej). Badania in vitro wpływu różnych źródeł węgla na aktywność nitrogenazy szczepów bakterii z rodzaju Azospirillum pozwolą lepiej zrozumieć ich rolę i znaczenie w ryzosferze roślin.

EN

The presence of properly selected strains of bacteria in the rhizosphere has a positive effect on the germination, growth and development of plants. The strains of bacteria of Azospirillum genus are able to fix nitrogen using organic acids and their salts, hydrocarbons, and sugars as the sole sources of carbon. The aim of the work was to assess the use of ferulic and coumaric acids as sole carbon sources in the binding of free nitrogen by 12 strains of Azospirillum bacteria. These strains were isolated from the endorhizosphere of spring barley (Hordeum sativum L.): 12/6, 1/7 and 15/7, maize (Zea mays L.): 4B, 23B, 35Bb, 48B, 77Bb1, 83B1 and dune grass growing near Sobieszewo, Poland (Elymus arenarius L.): 29S , 36S, 42S. These strains belonged to the species: A. amasoense and A. brasilense. All the strains of Azospirillum bacteria bound nitrogen using ferulic and coumaric acid as their sole carbon source. The results of the surveys were presented as nitrogenase activity after 168 h of growing “starved” strains of Azospirillum bacteria using these acids. Nitrogenase activity of the Azospirillum strains was very diverse and depended on both the strain species and the time of breeding. The highest nitrogenase activity was recorded for the strains isolated from the rhizosphere of spring barley using ferulic acid as the sole source of carbon and energy (strain 1/7 – 824,32 nM C2H4 24 h-1 cm-3 of gas phase, after 24 h incubation). Among the strains isolated from the endorhizosphere of maize, the highest nitrogenase activity was noted for the strain 4B (715,14 nM C2H4 24 h-1 cm-3 of gas phase, after 24 h of incubation. The strains with the lowest nitrogenase activity were from the endorhizosphere of Elymus arenarius grass, where the highest nitrogenase activity was recorded for the strain 29S using ferulic acid as the sole carbon source (274,56 nM C2H4 24 h-1 cm-3 of gas phase). In vitro studies on the impact of different carbon sources on nitrogenase activity of the strains of Azospirillum bacteria allow us to better understand their role and significance in plant rhizosphere.

Słowa kluczowe

PL

mikroorganizmy glebowe; Azospirillum; szczepy bakteryjne; wiazanie wolnego azotu; kwas kumarowy; kwas ferulowy; nitrogenaza; pozywki hodowlane; aktywnosc mikroorganizmow

• Wydawca: -
• Czasopismo: Polish Journal of Agronomy
• Rocznik: 2016
• Numer: 27
• Opis fizyczny: s.137-145,rys.,bibliogr.

Twórcy

autor

Galazka A.

• Zakład Mikrobiologii Rolniczej, Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa – Państwowy Instytut Badawczy, ul. Czartoryskich 8, 24-100 Puławy, Polska

autor

Lyszcz M.

• Zakład Mikrobiologii Rolniczej, Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa – Państwowy Instytut Badawczy, ul. Czartoryskich 8, 24-100 Puławy, Polska

autor

Perzynski A.

• Zakład Mikrobiologii Rolniczej, Instytut Uprawy Nawożenia i Gleboznawstwa – Państwowy Instytut Badawczy, ul. Czartoryskich 8, 24-100 Puławy, Polska

Bibliografia

• Bashan Y., de-Bashan L.E., 2010. How the Plant Growth-Promoting Bacterium Azospirillum Promotes Plant Growth – A Critical Assessment. Advances in Agronomy, 108: 77-136.
• Bashan Y., Holguin G., Bashan L., 2004. Azospirillum–plant relationshpis: physiological, molecular, agricultural, and environmental advances (1997-2003). Canadian Journal of Microbiology, 50: 521-577.
• Becking, J. H., 1963. Fixation of molecular nitrogen by an aerobic Vibrio or Spirillum. Antonie van Leeuwenhoek. Journal of Microbiology and Serology, 29: 326.
• Döbereiner J., Marriel J. E., Nery M., 1979. Ecological distribution of Spirillum lipoferum Beijerinck. Canadian Journal of Microbiology, 22: 1464-1474.
• do Carmo Lana M., Dartora J., Marini D., Hann J.E., 2012. Inoculation with Azospirillum, associated with nitrogen fertilization in maize. Revista Ceres Ceres, Viçosa, 59(3): 399-405.
• Döbereiner J., 1988. Isolation and identification of root associated diazotrophs. Plant and Soil, 110: 202-212.
• Gaiero J.R., Mccall C.A., Thompson K. A., Day N. J., Best A. S., Dunfield K.E., 2013. Inside the root microbiome: bacterial root endophytes and plant growth promotion. American Journal of Botany, 100(9): 1738-1750.
• Gałązka A., 2013. Przemiany związków fenolowych a rola amoniakoliazy L-fenyloalaninowej (PAL) w indukcji mechanizmów obronnych rośliny. Polish Journal of Agronomy, 15: 83-88.
• Gałązka A., Bigos J., Siebielec S., 2015. Promowanie wzrostu roślin przez bakterie z rodzaju Azospirillum oraz ich zastosowanie w rolnictwie. Polish Journal of Agronomy, 23: 48-62.
• Gałązka A., Bigos J., Siebielec S., 2015. Systematyka, genetyka i biologia bakterii z rodzaju Azospirillum. Polish Journal of Agronomy, 23: 31-47.
• Gałązka A., Gałązka R., 2015. Phytoremediation of polycyclic aromatic hydrocarbons in soils artificially polluted using plant-associated-endophytic bacteria and Dactylis glomerata as the bioremediation plant. Polish Journal of Microbiology, 64(3): 239-250.
• Gałązka A., Król M., Perzyński A., 2012. The Efficiency of Rhizosphere Bioremediation with Azospirillum sp. and Pseudomonas stutzeri in Soils Freshly Contaminated with PAHs and Diesel Fuel. Polish Journal of Environmental Studies, 21(2): 345-353.
• Gałązka A., Król M., Perzyński A., 2010. Wykorzystanie kwasów fenolowych jako jedynego źródła węgla przez bakterie z rodzaju azspirillum wiążące azot. Nauka Przyroda Technologie, 4, 6,#78.
• Grayston S.J., Ang S.W, Ampbell C.D.C., Dwards A.C.E., 1998. Selective influence of plant species on microbial diversity in therhizosphere. Soil Biology & Biochemistry, 30: 369-378.
• Hardoim P.R., Van Ovebeek L.S., Van Elsas J.D., 2008. Properties of bacterial endophytes and their role in plant growth. Trends in Microbiology, 16: 463-471.
• Hartmann A., Baldani J.I., 2006. The Genus Azospirillum. Prokaryotes, 5: 115-140.
• Klama J., 2004. Współżycie endofitów bakteryjnych z roślinami. Acta Scientiarum Polonorum, Agricultura, 3(1): 19-28.
• Król M., 2006. Azospirillum – asocjacyjne bakterie wiążące azot. Monografie i rozprawy naukowe IUNG-PIB, Puławy, 15: 45-55, 66-74.
• Król M.J., Perzyński A., 2004. Wykorzystanie antracenu w wiązaniu wolnego azotu przez bakterie diazotroficzne. Acta Agraria et Silvestria, 42: 229-237.
• Lin F.H., Lin J.Y., Gupta R.D., Tournas J.A., Burch J.A., Selim M.A., Monteiro-Riviere N.A., Grichnik J. M., Zielinski J., Pinnell S. R., 2005. Ferulic acid stabilizes a solution of vitamins C and E and doubles its photoprotection of skin. Journal of Investigative Dermatology, 125(4): 12-13.
• Ma Y., Prasad M.N., Rajkumar M., Freitas H., 2011. Plant Growth Promoting rhizobacteria and endophytes accelerate phytoremediation of metalliferous soils. Biotechnology Advances, 29: 248-258.
• Marchenko A.I., Vorobyov A.V., Dyadischev N.R., Socolov M.S., 2011. Enhanced degradation of polycyclic aromatic hydrocarbons in plant rhizosphere. ss. 465-467. W: Biogeochemical processes and cycling of elements in the environment; wyd. Polish Society of Humic Substances, Wrocław.
• Mendes R., Kruijt M., De Bruijn I., Dekkers E., Van Der Voort M., Schneider J.H.M., Piceno Y.M., et al., 2011. Deciphering the rhizosphere microbiome for disease-suppressive bacteria. Science, 332: 1097-1100.
• Miethling R., Wieland G., Backhaus H., Tebbe A., 2000. Variation of microbial rhizosphere communities in response to crop species, soil origin, and inoculation with Sinorhizobium meliloti L33. Microbial Ecology, 41: 43-56.
• Napora A., Kacprzak M., Nowak K., Grobelak A., 2015. Wpływ bakterii endofitycznych na promowanie wzrostu roślin w warunkach stresowych. Postępy Biochemii, ss. 398-402.
• Peterson D.M., Emmons C.L., Hibbs A.H., 2001. Phenolic antioxidant and antioxidant activity in pearling fractions of oat groats. Journal of Cereal Science, 33: 97-103.
• Pisarska K., Pietr S.J., 2014. Bakterie endofityczne – ich pochodzenie i interakcje z roślinami. Postępy Mikrobiologii, 53(2): 141-151.
• Pociejowska M., Natywa M., Gałązka A., 2014. Stymulacja wzrostu roślin przez bakterie PGPR. KOSMOS Problemy Nauk Biologicznych, 64(4), (305), 603-610.
• Rodrigues A.C., Bonifacio A., de Araujo F.F., Lira Junior M.A., Figueiredo M.B., 2015. Azospirillum sp. as a Challenge for Agriculture. ss. 29-51. W: Bacterial Metabolites in Sustainable Agroecosystem, D.K. Maheshwari, Springer International Publishing Switzerland.
• Tortora M.L., Díaz-Ricci J.C., Pedraza R.O., 2011. Azospirillum brasilense siderophores with antifungal activity against Colletotrichum acutatum. Archives of Microbiology, 193: 275-286.
• Vettori L., Felici C., Russo A., Morini S., Toffanin A., Cummings S., 2010. Biocontrol activity of Azospirillum brasilense Sp 245 against Rhizoctonia solani by in vitro/in vivo tests, DGGE analysis. Journal of Biotechnology, 150: 503-503.