Οικο-φυσιολογική μελέτη βακτηρίων του γένους Azospirillum

Abstract

Azospirillum species are free-living nitrogen fixing bacteria. For their capacity to stimulate growth they are known as plant growth promoting rhizobacteria (PGPR). This present thesis aimed to isolate and identify nitrogen-fixing strains of Azospirillum spp., associated with rhizosphere soil, roots and root inner tissues of various cultivated cereals (winter and spring wheat, oat and barley), collected from five regions of Greece. A total of 58 diazotrophic strains were isolated. Taxonomy was performed including morphological, biochemical characterization and metabolic fingerprints (Biolog). The isolated strains were identified as A. brasilense, A. lipoferum, Azospirillum sp., and Herbaspirilium sp. The nitrogen fixation efficiency at four different substrate concentrations was estimated. All strains were most efficient at the lower substrate concentration. Comparison of the strains was performed using their growth parameters (maximum specific growth rate and capacity), in the presence and absence of ammonium. Kinetic parameters were estimated at eleven carbon sources (from Biolog microtiter plates), and used to cluster the strains in accordance with the site of location (e.g. soil, root or inner tissues). An unstructured mathematical model was developed for the evaluation of biochemical activities of four Azospirillum spp. strains grown in batch cultures in a high C/N ratio medium. The stains were evaluated for their ability to grow on fructose, to produce exopolysaccharide, and to sustain nitrogenase activity by using fructose or polyssacharides.

Διαπιστώθηκε η παρουσία και η διάδοση των αζωτοδεσμευτικών βακτηρίων Azospirillum στο έδαφος, την επιφάνεια και το εσωτερικό των ριζών καλλιεργούμενων C₃ φυτών (σκληρό και μαλακό σιτάρι, κριθάρι, βρώμη), από περιοχές της Ελλάδας όπου καλλιεργούνται παραδοσιακά σιτηρά. Απομονώθηκαν 58 στελέχη, που ταυτοποιήθηκαν ως Α. brasilense, Α. lipoferum, Azospirillum sp. και Herbaspririllum sp., σύμφωνα με μορφολογικά και βιοχημικά χαρακτηριστικά, καθώς και με τα μεταβολικά προφίλ τους (Biolog). Τα στελέχη αξιολογήθηκαν ως προς την απόδοση της αζωτοδέσμευσης σε τέσσερις συγκεντρώσεις υποστρώματος. Στη μικρότερη συγκέντρωση υποστρώματος η απόδοση της αζωτοδέσμευσης ήταν μεγαλύτερη. Εκτιμήθηκαν οι παράμετροι της αύξησης (μέγιστος ειδικός ρυθμός αύξησης και χωρητικότητα) παρουσία και απουσία αμμωνιακών και έγινε αξιολόγηση των στελεχών. Οι παράμετροι της αύξησης εκτιμήθηκαν, για ορισμένα στελέχη, σε έντεκα διαφορετικά υποστρώματα (πλακίδια Biolog) και χρησιμοποιήθηκαν για την ομαδοποίηση των στελεχών (δενδρογράμματα) ως προς τη θέση απομόνωσης (έδαφος, επιφάνεια, εσωτερικό της ρίζας). Από τα πειραματικά δεδομένα κλειστών καλλιεργειών τεσσάρων στελεχών αναπτύχθηκε μη δομημένο μαθηματικό πρότυπο, για την εκτίμηση των βιοχημικών δραστηριοτήτων τους και έγινε αξιολόγηση των στελεχών ως προς την ικανότητα τους να αναπτύσσονται σε φρουκτόζη, να παράγουν εξωπολυσακχαρίτες και να διατηρούν τη δραστηριότητα της νιτρογενάσης χρησιμοποιώντας φρουκτόζη ή πολυσακχαρίτες.