كليدواژه :
هواديدگي زيستي , باكتري‌هاي آزاد كننده پتاسيم , بيوتيت , XRD
چكيده فارسي :
پتاسیم یكی از عناصر غذایی ضروری پرمصرف برای رشد و توسعه سیستم‌های زنده محسوب می‌شود. كاربرد و استفاده ریزجانداران خاك یكی از راه‌های افزایش تامین این عناصر و رشد محصول می‌باشند. برخی از باكتریها در رهاسازی پتاسیم از منابع معدنی كارایی لازم را دارا می‌باشند و در سال‌های اخیر توجه به باكتری‌های آزادكننده پتاسیم با هدف تهیه كودهای زیستی بیشتر شده است. در این مطالعه توان چندین جدایه باكتری در آزادسازی پتاسیم از كانی‌های میكا در شرایط درون-شیشه‌ای بررسی شد. برای این منظور در یك آزمایش انكوباسیون میكروبی توانایی آزادسازی پتاسیم توسط پنج جدایه (S6-6، S10-3، S14-3، S19-1 و S21-1) متعلق به جنس سودوموناس ارزیابی شد. در این آزمایش به دلیل استفاده از كانی میكا و تری‌كلسیم فسفات در محیط كشت الكساندروف، آزادسازی پتاسیم و فسفر به صورت همزمان در فواصل زمانی پنج روز در طول آزمایش اندازه‌گیری شد. این آزمایش با در نظر گرفتن فاكتورهای باكتری (شامل 5 جدایه باكتری و یك نمونه شاهد بدون باكتری) و كانی میكا (شامل بیوتیت و موسكویت) به صورت فاكتوریل در قالب طرح كاملاً تصادفی با سه تكرار به اجرا درآمد. رهاسازی پتاسیم از منابع كانی‌های پتاسیم‌دار موسكویت و بیوتیت در حضور منبع فسفر نامحلول تری‌كلسیم فسفات بررسی شد. انحلال فسفر از منبع تری‌كلسیم‌فسفات توسط باكتریها به روش آمونیم-وانادات-مولیبدات از طریق اسپكتروفتومتری تعیین شد و پتاسیم آزادشده در محلول از طریق فلیم‌فتومتر اندازه‌گیری شد. نتایج نشان داد كه پتاسیم و فسفر محلول در محیط كشت تلقیح شده با باكتری¬های فوق به طور معنی‌داری افزایش یافت و مقدار پتاسیم آزاد شده توسط جدایه¬ها از این محیط بین 17/2 تا 23/3 میلی‌گرم در گرم به دست آمد و بیشترین مقدار پتاسیم آزاد شده مربوط به سویه S14-3 بود كه نسبت به شاهد بدون باكتری 85/48 درصد افزایش نشان داد و با سایر جدایه¬ها تفاوت معنی¬داری داشت. در آنالیز XRD كانی موسكویت (تیمار شده با منیزیم) در حضور تیمار S14-3، پیك 5/19 انگسترم به‌دست آمد كه می¬تواند مربوط به تخلیه فضای بین لایه¬ای و پر شدن آن توسط یك‌سری از متابولیت‌های باكتریایی باشد. چنین به نظر می‌رسد كه تخلیه پتاسیم از كانی‌ها رخ داده است و آزمایشات تكمیلی بیشتر برای تایید این موضوع لازم است. افزایش آزادسازی پتاسیم از كانی‌های پتاسیم و انحلال فسفر از تری‌كلسیم فسفات شاید در نتیجه تولید و آزادسازی اسیدهای آلی از باكتریها باشد.
چكيده لاتين :
Introduction: Potassium (K) is one of the major essential macronutrients for biological growth and development. The ability of some bacteria to release potassium from unavailable forms is an important feature for increasing plant yields of high-K-demand crops. Application of soil microorganisms is one approach to enhance crop growth. Some bacteria are efficient in releasing K from mineral sources and in recent years in order to produce and make of potassium biofertilizers, attention to the potassium releasing bacteria has been increased. Production of organic acids and acidic polysaccharides by the microorganisms are the main mechanisms by which K is released. Microorganisms play a central role in the natural P and K cycles. Many microorganisms in the soil are able to solubilize ‘unavailable’ forms of K-bearing minerals, such as micas, illite and orthoclases, by excreting organic acids which either directly dissolves rock K or chelate silicon ions to bring the K into solution. Recently, attention to the release of potassium from bacteria has been increased because some of efficient bacteria can be used as potassium biofertilizers to meet plant K needs. Hence, the objectives of this study were to in-vitro assessment of potassium releasing of some isolates belonged to Pseudomonas genus.
Materials and Methods: A laboratory dissolution study was carried out using a completely randomized design with three replicates. The factorial experiment contained two factors; 1-bacteria (including five bacterial treatments and un-inoclated treatment) and 2- mica minerals (including biotite and muscovite). Micas flakes were powdered and passed through a 0.5 mm sieve. Available forms of K were removed by washing with 0.1 M HCl and then distilled water, before adding the minerals to Aleksandrov medium For this reason, a microbial incubation study in the Aleksandrov liquid medium containing mica and tricalcium phosphate was designed for a period of one month and 5 strains of potassium releasing bacteria belonged to the genus Pseudomonas (S6-6, S10-3, S14-3, S19-1 and S21-1) along with the un-inoculated treatment (control) were applied. In this experiment, the release of potassium and phosphorus in liquid Aleksandrov medium were measured at intervals of 5 days in incubation period of 30 days. Nutrient Broth was used to prepare an overnight culture of bacteria to inoculate Aleksandrov medium. It should be mentioned that Aleksandrov medium was used to determine the amount of released P from tricalcium phosphate (TCP) while muscovite was added to the medium as a sole source of potassium. Concentration of P was determined spectrophotometrically by ammonium-vanadate-molybdate method and K was determined by flame photometry.
Results: The results showed that dissolved potassium and phosphorus in the inoculated medium were significantly increased and the amount of potassium released by the isolates was between 2.17 and 3.23 mg g-1 and the highest potassium release was achieved with isolate S14-3 (3.23 mg g-1), which that compared to the non-bacterial control showed an increase of 48.85 %, and significant difference was found with other isolates. Bacterial incubation experiment indicated the ability of isolates to release potassium from K-containing minerals such as biotite and muscovite and the XRD analysis revealed an alter in chemical structure of clay minerals. Especially, presence of 19.5Å peak in muscovite (saturated with magnesium) treated with isolate S14-3 showed the released space of K from the interlayer is filled or associated with a number of bacterial metabolites. It seems that the same mechanisms could be effective in releasing K from micas and P from TCP, in other words there is a co-solubilizing mechanism for mica and TCP.
Discussion and conclusion: It appears tha depletion of potassium from minerals has occurred but further tests will confirm this topic. The enhanced releasing of mineral K might be attributed to the release of organic acids from the bacteria, a mechanism which plays a pivotal role in solubilizing phosphate from inorganic source of phosphate. The mechanism of potassium release from minerals is still not clear. Productions of acids or chelates are main mechanisms to release K from potassium containing minerals. Among the bacterial strains under study, Pseudomonas sp. S14-3 was the most efficient strain in K release from micas and phosphate solubilization from TCP. However, more experiments need to be done especially in pot and field experiments to study the role of these strains in K nutrition of crops.
