آزادسازی پتاسیم و آهن از کانی بیوتیت و فسفر از تری کلسیم فسفات توسط هفت سویه از باکتری‌ها در شرایط آزمایشگاهی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی سابق کارشناسی ارشد، دانشکده کشاورزی دانشگاه تبریز

2 استاد گروه علوم خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز

3 دانشیار گروه علوم خاک، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز

4 استادیار گروه علوم خاک، دانشکده علوم زراعی، دانشگاه علوم کشاورزی و منابع طبیعی ساری

چکیده

فسفر، پتاسیم و آهن در زمره عناصر غذائی ضروری گیاهان هستند که نقش مهمی در رشد و توسعه گیاهان ایفا می‌کنند. هدف از این تحقیق بررسی کارائی هفت سویه از باکتری­ها در آزادسازی پتاسیم، آهن و فسفر از کانی­های نامحلول در شرایط آزمایشگاهی بود. آزمایش در قالب طرح کاملاً تصادفی با چهار تکرار در شرایط آزمایشگاهی انجام شد. تیمارها شامل هفت سویه از باکتری­ها و شاهد (بدون تلقیح با سویه باکتری­ها) بودند. باکتری­های مورد آزمایش شامل پنج سویه (JK3، JK4، JK5، JK6  و JK7) Bacillus megaterium و دو سویه­ Lysinibacillus fusiformis و Arthrobacter sp (JK1 و JK2) بودند. محیط کشت الکساندروو حاوی کانی بیوتیت و محیط کشت پیکووسکیا حاوی تری کلسیم فسفات در غلظت­های به ترتیب 2/0 و 5/0 درصد برای بررسی توانائی آزاد­سازی عناصر توسط سویه­ها مورد استفاده قرار گرفتند. pH نهائی و آزادسازی پتاسیم، آهن و فسفر در محیط­های کشت مورد بررسی قرار گرفتند. pH نهائی و مقدار فسفر محلول در محیط­های کشت پیکووسکیا رابطه معکوس با هم داشته، در حالی که بعد از پنج روز انکوباسیون تفاوت معنی­داری در کاهش pH محیط کشت مایع حاوی بیوتیت مشاهده نشد. توانائی باکتری­های مورد آزمایش در آزادسازی فسفر بیشتر از پتاسیم و آهن بود. در مقایسه با تیمار بدون باکتری، همه سویه­های مورد آزمایش از هر دو محیط کشت به طور معنی­داری پتاسیم، آهن و فسفر آزاد کرده بودند (01/0<­p). بیشترین مقدار پتاسیم آزاد شده مربوط به سویه JK7 (1/3 میلی­گرم در گرم) بود اما تفاوت معنی­داری با سویه­هایJK6  و JK3 نداشت. همچنین سویه JK7 دارای بیشترین مقدار آهن (29/0 میلی­گرم در گرم) آزاد شده از محیط کشت اصلاح شده الکساندروو حاوی بیوتیت داشت و با بقیه سویه­ها تفاوت معنی­داری داشتند. سویه JK7 دارای بیشترین مقدار فسفر (26/61 میلی­گرم در گرم) آزاد شده از محیط کشت پیکووسکیا حاوی تری کلسیم فسفات بود و با بقیه سویه­ها دارای تفاوت معنی­دار بود. بنابراین می­توان نتیجه گرفت که در بین سویه­های مورد آزمایش، سویهJK7  کارآمدترین باکتری در آزادسازی پتاسیم، آهن و فسفر در شرایط آزمایشگاهی می­باشد هر چند که بقیه سویه­ها نیز در آزادسازی این سه عنصر مؤثر واقع شدند.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Release of Potassium and Iron from Biotite and Phosphorus from Tri-calcium Phosphate by Seven Strains of Bacteria under In -Vitro Conditions

نویسندگان [English]

  • J. Keshavarz Zarjani 1
  • N. Aliasgharzad 2
  • Shahin Oustan 3
  • Seyed Mostafa Emadi 4
1 Former MSc student, Faculty of Agriculture, University of Tabriz
2 Professor, Department of Soil Science, Faculty of Agriculture, University of Tabriz
3 Assistant Professor, Department of Soil Science, Faculty of Agriculture, University of Tabriz
4 Agricultural Sciences and Natural Resources, Sari
چکیده [English]

Phosphorus, potassium, and iron are among the essential nutrients that play an important role in plant growth and development. This study was conducted to investigate the proficiency of 7 different strains of bacteria in solubilizing K, Fe, and P from insoluble minerals in laboratory.  An experiment based on completely randomized design with four replications was conducted under in-vitro conditions. Treatments consisted of seven bacterial strains and control (non-bacterial). Five strains (JK3, JK4, JK5, JK6 and JK7) were the Bacillus megaterium, while strains JK1 and JK2 were the Lysinibacillus fusiformis and  Arthrobacter sp, respectively. Aleksandrov's medium (MA) supplemented with biotite and Pikovskaya medium (PVK) containing tri-calcium phosphate at concentration of 0.2%  and 0.5%, respectively, were used to investigate solubilizing ability of the studied strains. Release of K, Fe, P and the final pH were investigated in their culture media. The inverse relationships between the final pH and the amount of soluble P in their Pikovskaya medium was observed, while, after 5 days incubation, there were no significant differences in the decrease in the pH of the liquid medium in biotite treatment. Solubilizing ability of the bacteria was higher in the case of phosphorus than potassium and iron. Compared with the non-bacterial treatment, all strains solubilized significantly (P< 0.01) higher K and Fe from Aleksandrov's medium; however, the highest P was observed in Pikovskaya medium. Strain JK7 revealed maximum value of solubilized potassium (3.1 mg g-1), but had no significant difference with isolates JK3 and JK6. Also, among the inoculated bacteria, strain JK7 recorded the maximum release of iron from biotite mica (0.29 mg g-1) in Aleksandrov's medium and showed a significant difference with other isolates. Strain JK7 recorded maximum release of phosphorus from Pikovskaya medium (61.26 mg g-1) and showed a significant difference with other strains. Therefore, it can be concluded that the strain JK7 is the most efficient P-, Fe-, and K-solubilizing bacteria under in-vitro condition.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Bacillus megaterium
  • Mineral dissolving bacteria
  • Pikovskaya medium

مراجع

  1. کشاورز زرجانی ج، 1390. جداسازی باکتری­های آزادکننده پتاسیم از خاک و تأثیر آنها بر جذب پتاسیم توسط گیاه گوجه­فرنگی. پایان نامه کارشناسی ارشد، دانشکده کشاورزی، دانشگاه تبریز.
  2. Badr, M.A., Shafei, A.M., and S.H. Sharaf El-Deen. 2006. The dissolution of K and P-bearing minerals by silicate dissolving bacteria and their effect on sorghum growth. Research Journal of Agriculture and Biological Sciences. 2: 5-11.
  3. Bojinova, D., Velkova, R., Grancharov, I., and S. Zhelev. 1997. The bioconversion of Tunisian phosphorite using Aspergillus niger. Nutrient Cycling in Agroecosystems. 47: 227–232.
  4. Brady, N.C. 1990. The Nature and Properties of Soils. Macmillan, New York, USA. P. 351–380.
  5. Chen, Y.P., Rekha, P.D., Arun, A.B., and F.T. Shen. 2006. Phosphate solubilizing bacteria from subtropical soil and their tricalcium phosphate solubilizing abilities. Applied Soil Ecology. 34: 33–41.
  6. Drever, J.I., and L.L. Stillings. 1997. The role of organic acids in mineral weathering. Colloids Surf. 120: 167-181.
  7. Friedrich, S., Platonova, N.P., Karavaiko, G.I., Stichel, E., and F. Glombitza. 1991. Chemical and microbiological solubilization of silicates. Acta Biotechnologica.11: 187–196.
  8. Gerke, L. 1992. Phosphate, aluminum, and iron in the soil solution of three different soils in relation to varying concentrations of citric acid. Z. Pfl.-Ernähr. Bodenkde. 155: 17–22.
  9. Girgis, M. G. Z., Khalil, H.M.A., and M.S. Sharaf. 2008. In Vitro Evaluation of Rock Phosphate and Potassium Solubilizing Potential of Some Bacillus Australian Journal of Basic and Applied Sciences. 2: 68-81.
  10. Groudev, S.N. 1987. Use of heterotrophic microorganisms in mineral biotechnology. Acta Biotechnologica. 7: 299–306.
  11. Han, H.S., Supanjani, and K.D. Lee. 2006. Effect of co-inoculation with phosphate and potassium solubilizing bacteria on mineral uptake and growth of pepper and cucumber. Plant, Soil and Environment. 52: 130-136.
  12. Heinrichs, D.E., Rahn, A., Dale, S.E. and Sebulsky, M.T. 2004. Iron transport systems in pathogenic bacteria: Staphylococcus, Streptococcus, and p. 387-401. In: J.H. crosa et al. (ed.) Iron transport in bacteria. American Society of Agronomy. Wisconsin, DC.
  13. Hu, X., and G.L. Boyer. 1996. Siderophore-mediated aluminum uptake by Bacillus megaterium ATCC 19213. Applied and Environmental Microbiology. 62: 4044-4048.
  14. Ishrat, J.B., Laizuman, N., Farhana, A.R., and H. Obaydul. 2011. Antibacterial, Cytotoxic and Antioxidant Activity of Chloroform, n-hexane and Ethyl Acetate extract of plant Amaranthuss pinosus. International Journal of Pharm Tech Research. 3:1675-1680.
  15. Keshavarz-Zarjani, J., Aliasgharzad, N., Oustan, Sh., Emadi, M. and Ahmadi. 2013. Isolation and characterization of potassium solubilizing bacteria in some Iranian soils. Archives of agronomy and soil science. In press.
  16. Liermann, L.J., Kalinowski, B.E., Brantley, S.L., and J.G. Ferry. 2000. Role of bacterial siderophores in dissolution of hornblende. Geochimica et Cosmochimica Acta. 64: 587- 602.
  17. Liu, W., Xu, X., Wu, X., Yang, Q., Luo, Y., and P. Christie. 2006. Decomposition of silicate minerals by Bacillus mucilaginosus in liquid culture. Environ. Geochemistry and Health. 28: 133-140.
  18. Nahas, E., Banzatto, D.A., and L.C. Assis. 1990. Fluorapatite solubilization by Aspergillus niger in vinasse medium. Soil Biology and Biochemistry. 22: 1097–1101.
  19. Olsen, S.R., and L.E. Sommers. 1982. Phosphorus. p. 403–430. In: A.L. Page et al. (ed.) Methods of soil analysis. Part 2. 2nd ed. Agron. Monogr. No. 9. American Society of Agronomy, Madison, Wisconsin.
  20. Pikovskaya, R.I. 1948. Mobilization of phosphorus in soil in connection with the vital activity of some microbial species. Microbiologiya. 17: 362-370.
  21. Rajan, S.S.S., Watkinson, J.H., and A.G. Sinclair. 1996. Phosphate rock of for direct application to soils. Advances in agronomy. 57: 77–159.
  22. Rogers, J.R., and P.C. Bennett. 2004. Mineral stimulation of subsurface microorganisms: release of limiting nutrients from silicates. Chemical Geology. 203: 91-108.
  23. Sample, E.C., Soper, R.J., and G.J. Racz. 1980. Reactions of phosphate fertilizers in soils. p. 263–310. In: F.E. Khasawneh et al. (ed.) the Role of Phosphorus in Agricultures. American Society of Agronomy. Madison, Wisconsin, USA.
  24. Schilling, G., Gransee, A., Deubel, A., Lezovic, G., and S. Ruppel. 1998. Phosphorus availability, root exudates, and microbial activity in the rhizosphere. Z. Pfl.- Ernähr. Bodenkde. 161: 465–478.
  25. Schulte, E.E. 2004. Soil and applied iron. Proceedings of the May 8 and June 30, 2004 Acts of congress. Wisconsin, wisconsin-Extension.
  26. Sheng, X.F., and L.Y. He. 2006. Solubilization of potassium bearing minerals by a wild-type strain of Bacillus edaphicus and its mutants and increased potassium uptake by wheat. Canadian Journal of Microbiology. 52: 66-72.

27.  Sheng, X.F., He, L.Y. and W.Y. Huang. 2002. The conditions of releasing potassium by a silicate-dissolving bacterial strain NBT. Agricultural Sciences in China. 1: 662–666.

  1. Sheng, X.F., Zhao, F., He, L.Y., Qiu, G. and Chen, L. 2008. Isolation and characterization of silicate mineral solubilizing Bacillus globisporus Q12 from the surfacees of weathered feldspar. Canadian Journal of Microbiology. 54: 1064-1068.
  2. Song, W., Ogawa, N., Oguchi, C.T., Hatta, T., and Y. Matsukura. 2007. Effect of Bacillus subtilis on granite weathering: a laboratory experiment. Catena. 70: 275-281.
  3. Styriakova, I., Styriak, I., Galko, I., Hradil, D., and P. Bezdicka. 2003. The release of Iron-bearing minerals and dissolution of feldespars by heterotrophic bacteria of Bacillus Ceramics Silikáty. 47: 20-26.
  4. Sugumaran, P., and B. Janarthanam. 2007. Solubilization of potassium containing minerals by bacteria and their effect on plant growth. World Journal of Agricultural Sciences. 3: 350-355.
  5. Ullman, W.J., Kirchman, D.L., and S.A. Welch. 1996. Laboratory evidence for microbially mediated silicate mineral dissolution in nature. Chemical Geology. 132: 11–17.
  6. Welch, S.A., and W.J. Ullman. 1999. The effect of microbial glucose metabolism on feldspar dissolution rates between 5 and 35 °C. Geochimica et Cosmochimica Acta 63: 3247-3259.
  7. Zahra, M.K. 1969. Studies on silicate bacteria. Master's Thesis, Faculty of Agriculture, Cairo University, Egypt, pp: 44-71.
  8. Zapata, F., and R.N. Roy. 2004. Use of Phosphate Rock for Sustainable Agriculture. FAO and IAEA, Rome, Italy.
پژوهش های خاک
دوره 27، شماره 4
اسفند 1392
صفحه 555-564

فایل ها

هم رسانی

ارجاع به این مقاله

آمار