17. Wykorzystanie kwasu kumarowego i ferulowego jako…

17. Wykorzystanie kwasu kumarowego i ferulowego jako jedynego źródła węgla przez bakterie z rodzaju Azospirillum wiążące wolny azot Anna Gałązka, Małgorzata Łyszcz, Andrzej Perzyński

Abstrakt.

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.

Słowa kluczowe: kwas ferulowy, kwas kumarowy, aktywność nitrogenazy, Azospirillum spp.

UTILISATION OF FERULIC AND COUMARIC ACIDS AS THE SOLE CARBON SOURCE IN FIXATION OF NITROGEN BY AZOSPIRILLUM

Summary

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.

key words: ferulic acid, coumaric acid, nitrogenase activity, Azospirillum spp.