Growth dynamics of Azospirillum lipoferum at steady and transitory states in the presence of NH

Abstract

Aims: The objective of this paper was to study the adaptation dynamics and biochemical response of Azospirillum lipoferum grown in a continuous culture at various environmental shifts. Methods and Results: The kinetics of A. lipoferum Sp 59b grown at steady states in a microaerobic chemostatic environment deviated from a typical Monod kinetics in both low and high dilution rates (D) due to several metabolic shifts that occurred in the microbial cell. When NH4Cl was exhausted (at low D), the microbial cell partitioned carbon flow in order to sustain growth, nitrogen fixation and assimilation processes (occurred via the glutamate synthase reaction). Increasing D the specific activities of the enzymes involved in the tricarboxylic acid cycle and the respiration rate were decreased. At transitory states, under optimal for nitrogen fixation dissolved oxygen (DO) concentrations, ammonium nitrogen negatively affected, besides nitrogen fixing activity, the bacterial growth. At sub‐optimal for nitrogen fixation DO concentration (i.e. 1·56 μM) and 0·1 g l−1 NH4Cl in the fed medium, the activities of citrate synthase and succinate dehydrogenase were significantly reduced. Conclusions: Important shifts in both carbon and nitrogen metabolism occur in A. lipoferum grown in the presence of the ammonium nitrogen, while the boundaries of ammonium nitrogen concentration in which A. lipoferum can be adapted depend on the DO concentration in the growth environment. Significance and Impact of the Study: Studies on growth dynamics and physiology of A. lipoferum, grown in experimental model systems, can contribute to an efficient application of these bacteria as plant‐growth‐promoting‐agents.

Dynamics of a Free-Living Nitrogen-Fixing Bacteria Population Lacking of Competitive Advantage Towards an Antagonistic Population

“…Furthermore, the nitrogenase complex (responsible for the conversion of molecular nitrogen into ammonium), is inhibited by ammonium nitrogen, in both transcriptional and enzymatic activity levels [21]. Ammonium nitrogen under aerobic conditions enhances the growth of Azospirillum [22] but under high ammonium and low dissolved oxygen concentrations the growth is inhibited [10,[23][24][25]. Under microaerobic conditions Azospirillum can grow in the presence of low ammonium nitrogen concentration, while after the depletion of ammonium nitrogen, they are able to grow by fixing molecular nitrogen [25][26][27][28].…”

Δυναμική Αύξησης Ελεύθερα Διαβιούντων Αζωτοδεσμευτικών Πληθυσμών Σε Συνθήκες Ανταγωνισμού Και Θήρευσης

“…Σε αερόβιες συνθήκες ευνοεί την ανάπτυξή τους (Okon et al, 1976), ενώ σε υψηλές συγκεντρώσεις αμμωνίου και χαμηλή συγκέντρωση μοριακού οξυγόνου, η ανάπτυξη των βακτηρίων περιορίζεται σημαντικά (Hurek et al, 1987;Tsagou et al, 2003;Bashan et al, 2004;Tsagou and Aggelis, 2006). Σε μικροαερόφιλες συνθήκες όμως, αποδείχθηκε πως τα βακτήρια του γένους Azospirillum μπορούν να αναπτυχθούν παρουσία μικρής συγκέντρωσης αμμωνιακού αζώτου, ενώ μετά την κατανάλωσή του έχουν τη δυνατότητα να αναπτυχθούν δεσμεύοντας άζωτο Fritzsche and Niemman, 1990;Kefalogianni and Aggelis, 2002;Tsagou and Aggelis, 2006). Ο ρυθμός όμως της αζωτοδέσμευσης είναι χαμηλός και αποτελεί περιοριστικό για την αύξηση παράγοντα (Kefalogianni and Aggelis, 2002;Tsagou and Aggelis, 2006 (Graham and Vance, 2000).…”

“…Σε μικροαερόφιλες συνθήκες όμως, αποδείχθηκε πως τα βακτήρια του γένους Azospirillum μπορούν να αναπτυχθούν παρουσία μικρής συγκέντρωσης αμμωνιακού αζώτου, ενώ μετά την κατανάλωσή του έχουν τη δυνατότητα να αναπτυχθούν δεσμεύοντας άζωτο Fritzsche and Niemman, 1990;Kefalogianni and Aggelis, 2002;Tsagou and Aggelis, 2006). Ο ρυθμός όμως της αζωτοδέσμευσης είναι χαμηλός και αποτελεί περιοριστικό για την αύξηση παράγοντα (Kefalogianni and Aggelis, 2002;Tsagou and Aggelis, 2006 (Graham and Vance, 2000). Παρατηρήθηκε ότι αν εμβολιαστούν ψυχανθή φυτά με ριζόβια και με αζωτοδεσμευτικά μη συμβιωτικά βακτήρια, μπορεί να αυξηθεί η αζωτοδέσμευση και ο σχηματισμός φυματίων (Lucas Garcia et al, 2004 (Hirsch, 2004 (Barea et al, 2005 Vázquez et al, 2000).…”

“…Επιπλέον, όταν το αμμωνιακό άζωτο συσσωρεύεται στο περιβάλλον της αύξησης, τότε ο αζωτοδεσμευτικός πληθυσμός N 1 παρεμποδίζεται ισχυρά (Hurek et al, 1987;Tsagou et al, 2003;Tsagou and Aggelis, 2006). Η παρουσία όμως του ανταγωνιστικού πληθυσμού μπορεί να αποφορτίζει το σύστημα από το αμμωνιακό άζωτο, δεδομένου ότι αυτός αφομοιώνει κατά την αύξησή του δεσμευμένες μορφές αζώτου, και επομένως, υπό ορισμένες συνθήκες, μπορεί να ευνοήσει την επιβίωση του αζωτοδεσμευτικού πληθυσμού.…”

“…Περιβαλλοντικοί παράγοντες, όπως το διαλυτό οξυγόνο και το αμμωνιακό άζωτο, επηρεάζουν την ανάπτυξη και τη βιοχημική δραστικότητά τους (τουλάχιστον των βακτηρίων που ανήκουν στο γένος Azospirillum) (Steenhoudt and Vanderleyden, 2000;Kefalogianni and Aggelis, 2002;Tsagou et al, 2003;Tsagou and Aggelis, 2006).…”