植物ホルモンは、クロムストレスにさらされた水田のシアノバクテリアの生化学成分、外多糖類、窒素代謝をアップレギュレートする

Phytohormone up-regulates the biochemical constituent, exopolysaccharide and nitrogen metabolism in paddy-field cyanobacteria exposed to chromium stress.

• Sanjesh Tiwari
• Anuradha Patel
• Sheo Mohan Prasad

抄録

背景:

藍藻は、大気中の窒素固定剤やバイオ肥料としての機能を持つことが知られているが、水生生態系の汚染物質の増加により、水田での藍藻の生育と機能が著しく低下している。植物成長調整剤は、光オートトロフにおける重金属による悪影響を抑制するために有益な役割を果たしている。本研究では、インドール酢酸（IAA：290nm）とキネチン（KN：10nm）が、2濃度のクロム（Cr：100μMと150μM）に曝露した2つの水田藍藻Nostoc muscorum ATCC 27893とAnabaena sp. PCC 7120の生育、窒素代謝、生化学的成分に及ぼす潜在的な役割を評価した。

BACKGROUND: Cyanobacteria are well known for their inherent ability to serve as atmospheric nitrogen fixers and as bio-fertilizers; however, increased contaminants in aquatic ecosystem significantly decline the growth and function of these microbes in paddy fields. Plant growth regulators play beneficial role in combating the negative effects induced by heavy metals in photoautotroph. Current study evaluates the potential role of indole acetic acid (IAA; 290 nm) and kinetin (KN; 10 nm) on growth, nitrogen metabolism and biochemical constituents of two paddy field cyanobacteria Nostoc muscorum ATCC 27893 and Anabaena sp. PCC 7120 exposed to two concentrations of chromium (Cr; 100 μM and 150 μM).

結果:

試験した Cr 投与量はいずれも、生育、カロテノイドに対するクロロフィル a の比率（Chl a/Car）、フィコビリプロテインの含有量（フィコシアニン（PC）、アロフィコシアニン（APC）、フィコエリトリン（PE））、無機窒素（硝酸塩、NO、亜硝酸塩、NO）の取り込み率を低下させ、その結果、硝酸塩還元酵素（NR）、亜硝酸塩還元酵素（NiR）、グルタミン酸、アンモニア同化酵素（グルタミン酸）の減少をもたらした。硝酸還元酵素（NR）、亜硝酸還元酵素（NiR）、グルタミン合成酵素（GS）、グルタミン酸合成酵素（GOGAT）の減少をもたらす硝酸塩およびアンモニア同化酵素（硝酸塩、亜硝酸塩、亜硝酸塩）の取り込み率は、グルタミン酸脱水素酵素（GDH）を除く。しかし、IAAとKNを外因的に補給することで、シアノバクテリアの生育、窒素代謝、エクソ多糖類（EPS）（金属毒性に対する第一防護壁）の含有量を緩和する効果が得られたが、これは、有害な影響を低減するCrの取り込みが大幅に減少した結果であると考えられる。

RESULTS: Both the tested doses of Cr declined the growth, ratio of chlorophyll a to carotenoids (Chl a/Car), contents of phycobiliproteins; phycocyanin (PC), allophycocyanin (APC), and phycoerythrin (PE), protein and carbohydrate associated with decrease in the inorganic nitrogen (nitrate; NO and nitrite; NO) uptake rate that results in the decrease in nitrate and ammonia assimilating enzymes; nitrate reductase (NR), nitrite reductase (NiR), glutamine synthetase (GS), glutamate synthase (GOGAT) except glutamate dehydrogenase (GDH). However, exogenous supplementation of IAA and KN exhibited alleviating effects on growth, nitrogen metabolism and exopolysaccharide (EPS) (first protective barrier against metal toxicity) contents in both the cyanobacteria, which probably occurred as a result of a substantial decrease in the Cr uptake that lowers the damaging effects.

結論:

本研究の全体的な結果から、植物ホルモンはシアノバクテリアの生育を促進することでクロムによる毒性を最小限に抑え、金属汚染された土壌でも土壌の肥沃度と生産性を向上させるバイオ肥料としての能力を高めることができることが明らかになった。

CONCLUSION: Overall result of the present study signifies affirmative role of the phytohormone in minimizing the toxic effects induced by chromium by stimulating the growth of cyanobacteria thereby enhancing its ability as bio-fertilizer that improved fertility and productivity of soil even in metal contaminated condition.