Characteristics of nitrogen fixation and nitrogen release from diazotrophic endophytes isolated from sugarcane (Saccharum officinarum L.) stems.
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概要
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The cultures of strain JA1 and JA2 isolated from sugarcane stem (putatively identified as Gluconacetobacter diazotrophicus) showed 15N2 fixation activity and acetylene reduction activity (ARA). These activities in JA1 were highest at 0.4% O2 on solid agar culture, and at 0% O2 in liquid culture. In both culture conditions, 15N2 fixation activity and ARA decreased with increasing O2 concentrations up to 20%. The growth and ARA of the strain JA1 cultivated with liquid LGIP medium were measured everyday for 10 days. Bacteria growth increased rapidly at 1st day after inoculation, and continued to increase until 6 days, then the increase was almost stopped thereafter. The strain might regulate bacterial density, possibly by quorum sensing mechanism. The ARA increased rapidly from 1st day to 5th day, but it decreased rapidly after 6th day. Very low ARA was detected after 7th day to 10th day. This suggests that nitrogen fixation is active only during early stage of proliferation of JA1, and after the bacterium growth stops nitrogen fixation activity will be inactivated. If the situation is the same inside the sugarcane organs, the continuous proliferation should be essential to keep nitrogen fixation activity of the diazotrophic endophyte. The nitrogen release mechanism from endophytes to sugarcane plant is very important to support N nutrition for sugarcane growth. From the experiment with JA1 strain, 15N fixed during 24 hours was mainly distributed in bacteria fraction and only a little portion (about 4%) was released to the medium. However, at 10 days after one day feeding of 15N2 , a significant portion of fixed 15N was distributed to the medium, especially the percentage of released 15N was highest at 40% under 20% O2 onditions. This result indicates that the cultured JA1 released N after stopping growth and nitrogen fixation, possibly by their death and degradation.サトウキビ（Saccharum officinarum L., 品種農林８号）の茎から分離された内生窒素固定菌（JA1株、JA2株、菌の性質からGluconacetobacter diazotrophicus と予測された）の15N2固定活性とアセチレン還元活性（ARA）を調べた。試験管内で固形LGIP 培地または液体LGIP 培地で培養した菌を、酸素濃度を0から20％まで変化させて、24時間15N2固定活性を測定し、その後同じ試験管で１時間ARA を測定した。固形培地では、O2 0.4％で最大活性を示したが、液体培地では、O2 0％で最大活性を示した。どちらも、O2 20％まで、酸素濃度が高まるにつれて活性が低下した。JA1株の生育密度（吸光度）とARA をLGIP 液体培地に植継いでから10日後まで毎日測定した。菌密度は、植継１日後に急速に高まり６日後までは増加したが、それ以降10日目までは増加が抑制された。JA1株の増殖抑制はクオラムセンシング機構によると予想される。ARA も植継５日目までは上昇したが、６日目以降急激に低下した。７日目から10日目までは、ほとんど活性を示さなかった。この結果は、本菌の窒素固定活性は、菌の増殖中にのみ発現し、増殖が止まると窒素固定活性も停止することが示唆された。このことが、サトウキビ植物体内でも同様であるとすると、内生菌が増殖を続けることが、窒素固定の維持に必要であると推定される。内生菌から、植物への窒素の放出は、サトウキビの生育促進に重要である。液体培養したJA1株は、24時間の15N2固定直後では、大部分の固定窒素が菌体内に残存しており、培地中には、固定窒素総量の４％程度のみ放出していた。一方、24時間15N2を固定させた後、酸素濃度0-20％で10日間培養を続けたところ、酸素濃度が高い程、放出15N 量の割合が増加し、O2 20％では、固定窒素総量の40％が培地に放出されていた。これらの結果は、JA1株は、窒素固定停止後、増殖を停止し、菌の死に伴う分解により、窒素を放出するのではと予想された。
- 2013-10-00
著者
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