Influence of External Nitrogen on Nitrogenase Enzyme Activity and Auxin Production in Herbaspirillum seropedicae (Z78)

Abstract

The production of nitrogenase enzyme and auxins by free living diazotrophs has the potential to influence the growth of host plants. In this study, diazotrophs were grown in the presence of various concentrations of nitogen (N) to determine the optimal concentration of N for microbial growth stimulation, promotion of gaseous N (N2) fixation, and phytohormone production. Therefore, we investigate whether different levels of N supplied to Herbaspirillum seropedicae (Z78) have significant effects on nitrogenase activity and auxin production. The highest nitrogenase activity and the lowest auxin production of H. seropedicae (Z78) were both recorded at 0 gL^–1 of NH₄Cl. Higher levels of external N caused a significant decrease in the nitrogenase activity and an increased production of auxins. In a subsequent test, two different inoculum sizes of Z78 (10⁶ and 10¹² cfu/ml) were used to study the effect of different percentages of acetylene on nitrogenase activity of the inoculum via the acetylene reduction assay (ARA). The results showed that the optimal amount of acetylene required for nitrogenase enzyme activity was 5% for the 10⁶ cfu/ml inoculum, whereas the higher inoculum size (10¹² cfu/ml) required at least 10% of acetylene for optimal nitrogenase activity. These findings provide a clearer understanding of the effects of N levels on diazotrophic nitrogenase activity and auxin production, which are important factors influencing plant growth.

Keupayaan diazotrof hidup bebas untuk menghasilkan enzim nitrogenase dan auksin boleh mempengaruhi pertumbuhan tumbuhan perumah. Dalam kajian ini, diazotrof dibiakkan di dalam medium pertumbuhan yang mengandungi pelbagai kepekatan nitrogen (N) untuk menentukan kepekatan optimum N bagi menggalakkan pertumbuhan mikrob, peningkatan pengikatan gas N (N2) dan penghasilan fitohormon. Oleh itu, kajian melihat sama ada tahap N yang berbeza yang dibekalkan kepada Herbaspirillum seropedicae (Z78) akan mempunyai apa-apa kesan yang signifikan kepada aktiviti nitrogenase dan pengeluaran auksin. Aktiviti nitrogenase tertinggi dan pengeluaran auksin terendah H. seropedicae (Z78) dicatatkan pada 0 gL^–1 NH₄Cl. Apabila tahap N luaran ditingkatkan, ia menyebabkan penurunan yang ketara dalam aktiviti nitrogenase, dengan penghasilan auksin yang lebih tinggi. Dalam ujian berikutnya, dua saiz inokulum berbeza Z78 (10⁶ dan 10¹² cfu/ml) telah dipilih untuk mengkaji kesan peratusan berbeza asetilena terhadap aktiviti nitrogenase daripada inokulum melalui asai penurunan asetilena (ARA). Hasil kajian menunjukkan bahawa, pada 10⁶ cfu/ml inokulum, jumlah yang paling optimum asetilena diperlukan untuk asai enzim nitrogenase adalah 5%, sedangkan pada saiz inoculum yang lebih tinggi (10¹² cfu/ml) sekurang-kurangnya 10% daripada asetilena diperlukan untuk aktiviti nitrogenase optimum. Penemuan ini menjelaskan kesan tahap N berbeza terhadap aktiviti nitrogenase diazotrof dan penghasilan auksin serta faktor-faktor penting yang mempengaruhi pertumbuhan tumbuhan perumah.