The ability of selected bacteria to grow in the presence of glyphosate

• Autorzy: Krzyśko-Łupicka T. , Kręcidło Ł. , Koszałkowska M.

Identyfikatory

DOI

10.2428/ecea.2015.22(2)15

Warianty tytułu

PL

Zdolność wybranych bakterii do wzrostu w obecności glifozatu

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

Glyphosate is an active substance in the Roundup herbicide. The key process affecting its decomposition in the soil is microbial biodegradation. Bacteria that are able to break the C-P bond use this substance as a source of phosphorus. The aim of the study was to investigate the ability of thirty strains of soil bacteria to grow in the presence of glyphosate which was the sole source of phosphorus. Morphologically and physiologically varied soil bacteria strains were the subject of the study. Their ability to grow in the presence of glyphosate being the only phosphorus source was examined using a modified Dworkin-Foster growth medium. The modification itself consisted in introducing to the medium 0.5 mM • dm^–3 of glyphosate which was to serve as an alternative source of phosphorus. The control sample in the study was the bacterial growth in two Dworkin-Foster growth media: a complete one (unmodified) and a phosphorus-free one. The growth intensity of the analyzed strains was assessed by means of spectrophotometry (λ = 490 nm). Substantial differences in the growth intensity of the analyzed bacterial strains were observed in the presence of glyphosate, which was the sole source of phosphorus. Only eight out of the analyzed strains showed growth similar to what was observed in the case of the unmodified Dworkin-Foster medium, whereas all the remaining ones grew at a much slower rate.

PL

Glifozat jest substancją czynną herbicydu Roundup. Kluczowym procesem wpływającym na jego rozkład w glebie jest degradacja mikrobiologiczna. Bakterie zdolne do rozkładu wiązania C-P wykorzystują go jako źródło fosforu. Celem badań była ocena zdolności do wzrostu trzydziestu szczepów bakterii glebowych w obecności glifozatu jako jedynego źródła fosforu. Materiał badawczy stanowiły zróżnicowane morfologicznie i fizjologicznie szczepy bakterii glebowych. Zdolność bakterii do wzrostu w obecności glifozatu (FMG) jako jedynego źródła fosforu oceniano w zmodyfikowanym podłożu Dworkin-Fostera. Modyfikacja polegała na wprowadzeniu 0,5 mM FMG jako alternatywnego źródła fosforu. Kontrolę stanowił rozwój bakterii w pełnym i pozbawionym źródła fosforu podłożu Dworkin-Fostera. Intensywność rozwoju testowanych szczepów oceniano metoda spektrofotometryczną (λ = 490 nm). Zaobserwowano znaczne różnice w intensywności wzrostu testowanych szczepów w obecności glifozatu jako jedynego źródła fosforu. Tylko osiem spośród nich rosło podobnie jak w pełnym podłożu Dworkin-Fostera, a rozwój pozostałych był zdecydowanie słabszy.

Słowa kluczowe

EN

indigenous soil bacteria; glyphosate; growth kinetics

PL

bakteria glebowa autochtoniczna; glifozat; kinetyka wzrostu

• Wydawca: Towarzystwo Chemii i Inżynierii Ekologicznej
• Czasopismo: Ecological Chemistry and Engineering. A
• Rocznik: 2015
• Tom: Vol. 22, nr 2
• Strony: 185--193
• Opis fizyczny: Bibliogr. 25 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Krzyśko-Łupicka T.

• Department of Biotechnology and Molecular Biology, University of Opole, ul. kard. B. Kominka 6a, 45–035 Opole, Poland, phone: [phone]

autor

Kręcidło Ł.

• Department of Biotechnology and Molecular Biology, University of Opole, ul. kard. B. Kominka 6a, 45–035 Opole, Poland, phone: [phone]

autor

Koszałkowska M.

• Department of Biotechnology and Molecular Biology, University of Opole, ul. kard. B. Kominka 6a, 45–035 Opole, Poland, phone: [phone]

Bibliografia

• [1] Aramendíaa MA, Boraua V, Lafontb F, Marinas A, Marinasa J, Morenoa JM, Urbano FJ. Determination of herbicide residues in olive oil by gas chromatography – tandem mass spectrometry. Food Chemistr. 2007;105(2):855-861. DOI: 10.1016/j.foodchem.2007.01.063.
• [2] Mostafalou S, Abdollahi M. Pesticides and human chronic diseases: Evidences, mechanisms, and perspectives. Toxicology Appl Pharmacol. 2013;268:157-177. DOI: 10.1016/j.taap.2013.01.025.
• [3] Zabaloy MC, Gómez, E, Garland JL, Gómez MA. Assessment of microbial community function and structure in soil microcosms exposed to glyphosate, Appl Soil Ecology. 2012;61:333-339. DOI: 10.1016/j.apsoil.2011.12.004.
• [4] Arango L, Buddrus-Schiemann K, Opelt K, Lueders T, Haesler F, Schmid M, Ernst D, Hartmann A. Effects of glyphosate on the bacterial community associated with roots of transgenic Roundup Ready® soybean. Eur J Soil Biol. 2014;62:41-48. DOI: 10.1016/j.ejsobi.2014.05.005.
• [5] Ternan NG, Mc Grath, JW, Mc Mullan G, Quin JP. Review; Organophosphonates: occurrence, synthesis and biodegradation by microorganisms. World J Microbiol Biotechnol. 1998;14:635-647. DOI: 10.1023/A:1008848401799.
• [6] Shelton DR, Khader S, Karns JS, Pogell BM. Metabolism of twelve herbicides by Streptomyces. Biodegradation. 1996;7:129-136. DOI: 10.1007/BF00114625.
• [7] Obojska A, Lejczak B, Kubrak M. Degradation of phosphonates by streptomycete isolates. Appl Microbiol Biotechnol. 1999;51:872-876. DOI: 10.1007/s002530051476.
• [8] Singh BK, Walker A. Microbial degradation of organophosphorus compounds, FEMS Microbiol Rev. 2006;30:428-471. DOI: 10.1111/j.1574-6976.2006.00018.x.
• [9] Krzyśko-Łupicka T, Sudoł T. Interactions beetween glyphosate and autochthonous fungi surviving in aqueous solution of glyphosate. Chemosphere. 2008;71:1386-1391. DOI: 10.1016/j.chemosphere.2007.11.006.
• [10] Ermakova IT, Kiseleva NI, Shushkova T, Zharikov M, Zharikov GA, Leontievsky AA. Bioremediation of glyphosate-contaminated soils, Appl Microbiol Biotechnol. 2010; 88:585-594. DOI: 10.1007/s00253-010-2775-0.
• [11] Sihtmäe M, Blinova I, Künnis-Beres K, Kanarbik, Heinlaan M, Kahru A. Ecotoxicological effects of different glyphosate formulations. Appl Soil Ecol. 2013;72:215-224. DOI: 10.1016/j.apsoil.2013.07.005.
• [12] Obojska A, Lejczak B. Utilisation of structurally diverse organophosphonate by Streptomyces. Appl Microbiol Biotechnol. 2003;62:557-563. DOI: 10.1007/s00253-003-1281-z.
• [13] Bujacz B, Wieczorek P, Krzyśko-Łupicka T, Gołąb Z, Lejczak B, Kafarski P. Organophosphonate utylization by wild-type of Penicillium notatum. Appl Environ Microbiol. 1995;61:2905-2910.
• [14] Klimek-Ochab M, Obojska A, Lejczak B. Mikrobiologiczna degradacja związków fosforoorganicznych zawierających wiązanie C-P. Biotechnologia. 2004;1(64):68-84.
• [15] Rueppel ML, Brighwell BB, Schaefer J, Marvel JT. Metabolism and degradation of glyphosate in soil and water. J Agric Food Chem. 1977;25:517-528.
• [16] Araujo ASF, Monteiro RTR, Abarkeli RB. Effect of glyphosate on the microbial activity of two Brazilian soils. Chemosphere. 2003;52:799-804. DOI: 10.1016/S0045-6535(03)00266-2.
• [17] Hove-Jensen B, Zechel DL, Jochimsen B. Utilization of Glyphosate as Phosphate Source: Biochemistry and Genetics of Bacterial Carbon-Phosphorus Lyase. Microbiol Mol Biol Rev. 2014;78:176-197. DOI: 10.1128/MMBR.00040-13.
• [18] Quinn JP, Kulakova AN, Cooley NA, McGrath JW. New ways to break an old bond: the bacterial carbon-phosphorus hydrolases and their role in biogeochemical phosphorus cycling. Environ Microbiol. 2007;9:2392-2400. DOI: 10.1111/j.1462-2920.2007.01397.x.
• [19] Dun B, Wang X, Lu W, Chen M, Zhang W, Ping S, Wang Z, Zhang B, Lin M. Development of highly glyphosate-tolerant tobacco by coexpression of glyphosate acetyltransferase gat and EPSPS G2-aroA genes. The Crop J. 2014;2:164-169. DOI: 10.1016/j.cj.2014.03.003.
• [20] Dworkin M, Foster JW. Experiments with some microorganisms which utilize ethane and hydrogen. J Bacteriol. 1958;75:592-595.
• [21] Krzyśko-Łupicka T, Cisowska A. Interakcje pomiędzy glifozatem a szczepami bakterii glebowych z rodzaju Bacillus. In: Zagrożenia biotopów przekształconych przez człowieka. Sporek K, editor. Opole: University of Opole Publishing House; 2009;3:229-240.
• [22] Dick RE, Quin JP. Glyphosate – degrading isolates from environmental samples: occurrence and pathways of degradation. Appl Microbiol Biotechnol. 1995;43:454-450. DOI: 10.1007/BF00218464.
• [23] Gimsing AL, Borggaard OK, Jacobson OS, Aamand J, Sřrensen J. Chemical and microbiological soil characteristics controlling glyphosate mineralization in Danish surface soils. Appl Soil Ecol. 2004;27:233-242. DOI: 10.1016/j.apsoil.2004.05.007.
• [24] Kertesz M, Elgorriaga A, Amrhein N. Evidence for two distinct phosphonate-degrading enzymes (C-Plyases) in Arthrobacter sp. GLP-1. Biodegradation. 1991;2:53-59. DOI: 10.1007/BF00122425.
• [25] Accinelli C, Koskinen WC, Seebinger JD, Vicari A, Sadowsky M. Effects of incorporated corn residues on glyphosate mineralization and sorption in soil. J Agric Food Chem. 2005;53:4110-4117. DOI: 10.1021/jf050186r.