Top Banner
Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy, 41, 3, 2006, 297-302 ROCK PHOSPHATE SOLUBILIZATION BY SOIL BACTERIA R. Ivanova, D. Bojinova, K. Nedialkova * University of Chemical Technology and Metallurgy 8 Kl. Ohridski, 1756 Sofia, Bulgaria E-mail: [email protected] *N. Poushkarov Institute of Soil Science, 7 Shosse Bankya, 1080 Sofia ABSTRACT The fact that the most of the bacteria isolated from the soil have the ability to dissolve rock phosphates both in the soil and in the culture medium is well known. The microorganisms produce low molecular mass organic acids, which attack the phosphate structure and transform phosphorus from non-utilizable to the utilizable for the plants form. The objective of the present study is to establish the effect of the rock phosphate concentration in the liquid medium and its particle size. As well as the duration of the bioconversion on the solubilization of Tunisian phosphorite by Erwinia sp. and Azotobacter sp. isolated from soil. It was established that the lower the concentration of the phosphate in the nutritive medium the greater is the conversion percentage of P 2 O 5 into soluble forms. Also Azotobacter sp. have higher ability to dissolve Tunisian phosphorite than Erwinia sp. A maximum degree 96.7 % of P 2 O 5 extraction has been obtained for the period of 12 days of incubation of Azotobacter sp. when in the medium was added 0.5 % w v -1 phosphate with particle size below 0.2 mm. Investigations with Erwinia sp. showed that a maximum extent of 76.6 % of the phosphate solubilization has been observed on the 6 th day of incubation at phosphorite concentration of 0.5 % w v -1 . It was observed a negative correlation between the degree of P 2 O 5 extraction and the culture pH and a positive correlation between the titratable acidity and the quantity of phosphorus released. Keywords: Erwinia sp., Azotobacter sp., organic acids, phosphate-solubilizing microorganisms, phosphorus ex- traction, rock phosphate. Received 14 March 2006 Accepted 14 June 2006 INTRODUCTION It is well known that many microorganisms iso- lated from the soil are able to dissolve different kinds of rock phosphates in a liquid culture [1-4]. It is gen- erally accepted that the major mechanism of the min- eral phosphate solubilization is the action of organic acids synthesized by bacteria. Organic acids that solu- bilize phosphates are mainly: citric, lactic, gluconic, 2-ketogluconic, oxalic, tartaric, acetic, etc. [1, 3]. These organic acids are sources of biotical generated H + ion able to dissolve the mineral phosphate and to make it available for the plant [5]. Many results indicate that the phosphate solubilization is a consequence of the decrease of pH due to the production of organic ac- ids. However, no correlation could be established between the acidic pH and the quantity of P 2 O 5 liber- ated [1, 4]. The aim of this study is to establish the effect of the rock phosphate concentration in the liquid nutri- tive medium, the particle size of the phosphate and the time of bioconversion on the dissolution of Tunisian phosphorite by Erwinia sp. and Azotobacter sp. isolated from the soil.
6
Welcome message from author
This document is posted to help you gain knowledge. Please leave a comment to let me know what you think about it! Share it to your friends and learn new things together.
Transcript
Page 1: 13

R. Ivanova, D. Bojinova, K. Nedialkova

297

Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy, 41, 3, 2006, 297-302

ROCK PHOSPHATE SOLUBILIZATION BY SOIL BACTERIA

R. Ivanova, D. Bojinova, K. Nedialkova*

University of Chemical Technology and Metallurgy

8 Kl. Ohridski, 1756 Sofia, Bulgaria

E-mail: [email protected]

*N. Poushkarov Institute of Soil Science,

7 Shosse Bankya, 1080 Sofia

ABSTRACT

�������������������������������� ������������ ������������������������������������ �����������������������

�������������������� ��������������������������� �������� �������������� ����� ������������������

���������������������� ���� ������� ���� ������ ���� ��������������������������������� ������������� �

��������������� ����� ������ ������ ��� ������������ ������������� ���� ������������������ ����� ��� ���� ������

��������������� ����������������������������� ����������������� ��������������������������������������� ������

���������������� � ������������������ ������ ������������������������������ ����������� �������������������

���������� ���������������� ���� ������������ ������ ����������!"#

$������������� ��������� � �������������

����� ��������������������������������� �����������������������%������ ���&'�(�)���!"#

$��%� ��������������

��������� ������� �����*"���������������������� � ������������������������������������+�$�)�����*���������

������� ����������������+�"��� ������������������������������������������%����%�������('�'�)���������������

������������������������� ����������'��������������������������� ���������� �������+�$�)�����*�� ��������� ���

������������ ���������������������� �����!"#

$��%� ������������������� ���,���������������� ������������������

��� ��������������������������������������� ��� ��������

-��� ��.�/ ������������������� ������ ������������������������������������ ������������� ����%�

� ������� ������������

Received 14 March 2006

Accepted 14 June 2006

INTRODUCTION

������������� ����������������� ����������� �

�������� ������� ������������� ����� �������������������

��� ���� ���������������������������� �!"�����������

��������������������������# ������������ ����������

������ ������� ���������� ������������� �� �� ������

������������������������������$������������������� ���

�������� �����������������%�������&�������&����� ���&

'���� ���� ���&� (����&���������&�������&������ &�)"�*����

������������������ ������ ���� ����������������+,�� �

������ ����� ����������������� ����������� ��������

����������� ������������-"�.�������������������������

����� ������� ���������� �������� ���������� �����

��������� ��+������ ������ ����� �� �� ����������

����+ �����&� � � � ������� �� � ���� ��� �����������

�������������������+������������������ ��/'$

-�������

������ &�!"

*������� ����������������� ���������������������� �

����� ���� ������� ��������� ����������������������

�����������&������������������ ������� �������������

����� ���� � ������ �� �� �������� ���� �� ��*�������

� �� ��������/ ��������������������� ������ �����

�� ������� ��

Page 2: 13

Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy, 41, 3, 2006

298

EXPERIMENTAL

���������������

*����(��������������������������� �����������

������������� ��*��������� �� �����0*/1������ ��2'

���������������������� ��2!�� �23)����*���������

����� � ���� �� ��*/������ ������*����� �*���/'$

-

� ������ ���� ����������� ����� � � ����������� ��

����� �� ������������ ��� ���(��3"���� ���( ������

���� ������������ ��4�$&�5�'$

)�������

'$

)�����������

�� �&��� ����� ��� ��6���� � � ������0��61�� �

���������&������������ � � ������� �� �����������

� ����&������������������ ������� �&�� �����������������

�� ������� ��� ����� ���������� ������������������� �

4$'��������

������������

*� �7����������������������8�/ �������������

�������� ����&��������������� ��������������������9&

����������9��������������� �������� ���������������� ���

������ �����������������������������������������

������������������ ������9�� ����������������(����

������������������ ���� ���� ������ �������������

9����������������������������� ����������������������

� ��)2������'- 4�*����� ���� �� ��������������������

��������������������������� ���������������5������ ��

�������� �� ��������� ������ 2:��������

��� ��� ������ ���

*����� � ������ �� ��*/����������������� ���

������������������ �� ���������� ������������������

���������������������� ���������0�����)1%����� ���'2;

����������� ;� <'6$

!� 2';� .�6$

!=+

'$� 2';

<'+/$

!)+

'$�2-�����22'�>����� ��������(������*��

��������������������� ����������� � �� '2����� ��� 2 4

����22-�./�����'-2���������������������*/����������&

� ����������*/�� ��������� ������2-&� �����'�>����� &

������������*���������������� ������������ �� ���� �

����������������� ������������������� ��)������ !2 4

������� ������ �� ������������� 22���� �����������

�����������'���� ����������������������� �� ��������

����������9��������� � � ����� ������*��� �����������

�������������������������������������'- ± 4�� �� -

��������������)������0)��&�3��&�:��&� '������� -������1����

� ������ ���������������������������������+&����� ��

� ��������� ���="&����������������������� ����������� ������

2 � ?�?�$+� ���� � ������ �� ������� ������ /'$

-

0/'$

-���1������������������������04

1�����������������*��

����������0�� �������������������������������1����

� �������� ��'������� ���������������������������@2

���'�>��������������������������� �&������ ������ ������

������ ������/'$

-�0/

'$

-���1� ���������� ������������04

'1

��������������

$������������ �������������� �������������(����� �

�(������ �� ��/'$

-��� ��� �� ������ ������������ �����

0 1α 1������������������ ������0 2α 1����������������� �����(�

����� ��/'$

-��(������ ��0α 1��������������������� �� ��%

100.52

..521

tot

sw

OP

OP=α &�0>1 ������������������������0 1

100.52

..522

tot

sc

OP

OP=α &�0>1 ������������������������������������0'1

21 ααα += &�0>1����������������������������������������������0)1

������/'$

-����8�/

'$

-�� ������ ������������� ���������0�1;

/'$

-���� 8� /

'$

-� � ������ ��� ���� ��� ��� ��������� 0�1;

/'$

-�� ��8�� ����� ������ ��/

'$

-���������������0�1

*����� �4��������� � ���� �� ��*��������� �� ��������������������������������

0>����� 1

tot. c.s.

below 0.2 48.9 0.2 <0.1 0.5 0.1 1.3 1.1 3.2 5.0 1.1 29.6 10.1

from 0.4to 0.63

49.2 0.4 <0.1 0.3 0.1 1.4 1.0 3.5 4.8 1.2 31.4 9.9

Value ofparticle size

(mm)CaO MgO Al2O3 Fe2O3 K2O Na2O SiO2 F CO2 H2O

P2O5�

�!"#

$�����0���������������!

"#

$1�!

"#

$��������!

"#

$�����������"�)���� �������

Page 3: 13

R. Ivanova, D. Bojinova, K. Nedialkova

299

RESULTS AND DISCUSSION

5��� ��������������������� ����������������� ��

��������������9��������� �����*/�� ��������� ��02-�>��

�� 1�������������������������������� ���� �����������

�� ���*���� ��������*/������� ������������������������

��/'$

-��(������ ������� ��������α ��������������(��

���� ��:3=�>� ������ '�������� ������� �����������

����������������:''�>� ������3������� ���������� ��� �

�����������������������&������������

���*/�� ��������� �� �>����� �����������������

�� ��2!�� �23)��������� ��������������������--)�>

������:�������05���'1

A��������� ��������� �� ��*/�����������������

�����������0'�>����� 1������(����� ��/'$

-��(������ ����

Fig. 1. Change in the extents of P2O

5 extraction ( 1α , 2α and

α ) by bacteria B in nutritive medium containing 0.5 % w v-1 TP.

Fig. 2. Change in the extents of P2O

5 extraction ( 1α , 2α and α )

by bacteria B in nutritive medium containing 1 % w v-1 TP (particlesize 0.4 - 0.63 mm).

Fig. 3. Change in the extents of P2O

5 extraction ( 1α , 2α and α )

by bacteria B in nutritive medium containing 2 % w v-1 TP.

Fig. 4. Change in the extents of P2O

5 extraction ( 1α , 2α and

α ) by bacteria A in nutritive medium containing different TPconcentrations (particle size below 0.2 mm).

Page 4: 13

Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy, 41, 3, 2006

300

� ������� ����05���)1������������������� ����� �����

������ ������� ��������� �� ��2-�>����� �05��� 1

*���� ����������� ��/'$

-��(������ ��0α 1�����������(��

���� ������ '������������������������)3-�>�� ���������

�������� ��2'����������'=@�>�� �������� ���2!���23)

��&������������

6�������������������� �����������������������

���������05���!1������� ��������� �� ��*/�2-�>�����

����� ��������������������������=33�>� ������3����������

����')-�>�� ��'�>����� �� ��������� �� ��*/� �����

'������&������������

����� ��� ��5���-����������9������������� �����

����������������� ����������������������A����������

����9����������������������� ����������� ��/'$

-��(�����

�� ��0α 1� ���-3-�>� ��:������&����������������������

����������(����� ��!3'�>� ������3�������*����������

�������������������������������������9��������������� ��

�������������������� �������(����� ��� ������ �� ��/'$

-

� �������� ������� ���0 1α 1

*�����'������������������������� �������������

+&����� ���� ��������� �&�������������������&�4 �����4

'&

���������������� ����� ��������� �� ��/'$

-�04�B�4

�,�4

'1

� ���(�������������������������� ��*/�� ��������� �

2-&� � ����'�>����� �*��� �������� +� �� �������������

����������=!���� ���������� ����������&�+���������

������������):�����!'����������� ����������� ������ ��

����������� ������:������

�������������������� �������������������������

� ���������� �&�������������� ������� �������������

���������������������������������������0*�����'&�5����!

���� -1�*��� � ������� �� � ����������� �������� � �����

� ��������������������������������%�2@:����2-�>�����

*/&�2:=���� �>����� �*/�����2:2����'�>����� �*/&�������

��������������� ��������������������������� ������������������

��������������������������0 23�C������ 1�������:������ �

������ � ������ �� ��*/�0'�>����� 1&������ �� ����� ��

�������� ������� �����������������������0*�����'1

*��������� ������������������ ������� �����

����������������������������� �������������(����������/'$

-

04 �����4

'1���������������041&�+�����������������������

������ ������*������'&�)�����!�6 ������� ����������

����04 &�4

'�����41������� ����� �����������������������

������ �������� ������������������� ��*/����� �����

� ��������� �� ��2-�>����� �0*������)�����!1��� ��

������ ��������� �&�������������������������������� ���

������� ������� ������A����*/������������������

���� ��2'��������� ��������� ��'�>����� �����������

��(����������� ��� ������� ������''������)����

���� '����������� ��������*������(������� ���� �

� �� ����� � ���������� � ���� ����� � � ���� �������

Fig. 5. Change in the extents of P2O

5 extraction ( 1α , 2α and α )

by bacteria A and B in nutritive medium containing 1 % w v-1 TP(particle size below 0.2 mm).

*����� '�D������� �� �� ���� �� ��������� � �������� �

*��������� �� �����0���������������� ��2'�������

� ��������� ������������������2�-&� �����'�>����� 1�����

����������

�� �� ���������

��-1

��� -1

��� ��� ���� ��� ��� ��� ���

��� ��� ��� ��� ��� ��� ���

��� ��� ��� ��� ��� ��� ���

���� ��� ��� ��� ��� ��� ���

���� ��� ��� ��� ��� ��� ���

��� ��� ���� ��� ��� ��� ���

��� ��� ��� ��� ��� ��� ���

��� ��� ��� ��� ��� ��� ���

���� ��� ��� ��� ��� ��� ���

���� ��� ��� ��� ��� ��� ���

��� ��� ���� ��� ��� ��� ���

��� ��� ���� ��� ��� ��� ���

��� ��� ���� ���� ��� ��� ���

���� ��� ���� ���� ��� ��� ���

���� ��� ��� ���� ��� ��� ���

�������

�����

�����

��� �� � !"#$�%&'�&�($�

�!%)%&�

��*�

��-1

Page 5: 13

R. Ivanova, D. Bojinova, K. Nedialkova

301

������ ������ ������������� ������*���������� �����

�� ������ ������� ����� �������� ������ ����� � ����� ��

���������� �����3���������������������������� �� �����

������������ ��&���������������� �������� � ���� �� �

����� �����&������������ ��� ����(����� �� ������

������ ����� �� ������ '�������:�������� �������(����

�����������*/�� ��������� �� ��2-����� �>�����

*����������� ���������� �������������� ���������

�� �� ��*��������� �� ������������ �%�� �����

� ��������� �������������������������&�����������������

��*/&�����������������+&����������� ����� ���������

���� ������� ���������

*�������� �������������� ���� � ����������������� �

� ��������������&��������������������� ������ �����

�������� ��/'$

-����� ������� ����*������������ ������� �

���������� ��������@"���� ������� �E�������������������

�:"�������������������� ������� ��������� �� ����2'-�>

��������������� ���������������/������ ��������������������

� ����� ��� ��� ���� ������� ���������� ����������� ����

�������� ��*��������� �������������� �� ��� ������� ��

���������������������������������02'�2-������)1�������

����������*/�� ��������� ������������������ ��2-�� �

����'�>����� �*��������������������� �� ������������� ��

��� ��������E��������������������:"�����?������������ 2"

��������������������������(������ ���������� �

��������������������������������� ��2'����0*�����)1

��������������� ����� ��&�� ������������� �������� ��

��7� �������9������@"�6����������������������������

���� ��������������� ����� ���������������������������

������ ���F��������������������������&�����������������

������� �����������������������������������������

� ������ �����&��������������(������ ���������� �� �

����� ���� �����

.���������������������������������+������ ����

� ����� �� �� ������������������� ��������������������

����������� ������ ������ �������������������������� ���

�� �� ��� ��������� ������� ����������������������

��������+������������������������0��B��2@=�� �2'-1������

��������� ������������ �������������� &� '"�+ �����&��

� ������� ����������� ��������������������������� ��� ���

�������� ������+��������� )&� !"���� ������� �<����

� "���������� �������� �������������+��� �����/�� ���

�������������������� ������������������� ������� ���� ��

��������� ����� ����� �� �� ���������� ��������� ���

���� ���&� �� ���������� �������� ������� -"

������������������������������ ������� ����������

��������������� ��� ������� �������������������������

+����� ��������*���������� ������� ������� ��� �����

�� �� ���������

��-1

��� -1

��� ��� 15,4 7,4 ��� ��� ���

��� ��� 7,7 9,4 ��� ��� ���

��� ��� 7,1 10,2 ��� ��� ���

���� ��� 6,5 11,0 ��� ��� ���

���� ��� 6,2 10,4 ��� ��� ���

��� ��� 16,2 6,8 ��� ��� ���

��� ��� 7,7 7,8 ��� ��� ���

��� ��� 7,4 12,2 ��� ��� ���

���� ��� 7,0 11,2 ��� ��� ���

���� ��� 6,9 11,2 ��� ��� ���

��� ��� 15,0 8,2 ��� ��� ���

��� ��� 8,2 10,6 ��� ��� ���

��� ��� 7,7 14,4 ��� ��� ���

���� ��� 7,2 16,4 ��� ��� ���

���� ��� 6,4 17,0 ��� ��� ���

�������

�����

�����

��-1

��*���� �� � !"#$

�%&'�&�($

�!%)%&�

*����� )�D������� �� �� ���� �� ��������� � �������� �

*��������� �� �����0���������������� ��2'�������

� ��������� ������������������2�-&� �����'�>����� 1�����

���������9

�� �� ���������

��-1

��� -1

��� ��� ��� ��� ��� ��� ���

��� ��� ��� ��� ��� ��� ���

��� ��� ��� ���� ��� ��� ���

���� ��� ��� ���� ��� ��� ���

���� ��� ��� ���� ��� ��� ���

��� ��� ���� ���� ��� ��� ���

��� ��� ��� ���� ��� ��� ���

��� ��� ��� ���� ��� ��� ���

���� ��� ��� ���� ��� ��� ���

���� ��� ��� ���� ��� ��� ���

��� ��� ��� ��� ��� ��� ���

��� ��� ��� ���� ��� ��� ���

��� ��� ��� ���� ��� ��� ���

���� ��� ��� ���� ��� ��� ���

���� ��� ��� ���� ��� ��� ���

�����

��*�

��-1

�������

�����

��� �� � !"#$�%&'�&�($�

�!%)%&�

*����� !�D������� �� �� ���� �� ��������� � �������� �

*��������� �� ����� 0�������� ����� 2!�23)�������

� ��������� ������������������2-�����'�>����� 1�����

���������9

Page 6: 13

Journal of the University of Chemical Technology and Metallurgy, 41, 3, 2006

302

������������� ��82--�� �82:!�����(����� ������� ���

/'$

-�� ��������� �&�����������������(����� ��*/�� ���

�������� ����������������������� ������������ ����������

����� +� ��� ��� ������������ ���� �������� �������� ��

E���������������������:"�����?������ '"

6 ������� ��� ��������� ������ �� ������� �����

����� �������� ��������� ������ � ���������� �� ���

�������������������� )"�4��������������� "�� �����������

������� ��������� ��������� �� ��� ������� ������

������������� �+&��������� ����������� �����������������

���&�������� ����������������� ����������������������� �

��������� � ������������� ����� ������� ������������ �

���� ������������� ������*������������� ����������

���������� ������� ������������������������������������

������������� ���������������/�*��������� ������� ������

�� ��� ��������������� ���2:�������������(���������*���

��������� �������� ������������� ���������� ��?�������

���� 2"&�?������ '"�����7 ��������� 3"

*���������������������������������������� ��� ��

� ������� ���������� ��������������������������������

�������� ���6 ��� �������� ������������������ ������

������ ������������� ������������������� �����

� ��� ��� � ���������� �� �� �� ������� � ������� �)&� :"

��� ������ � �7 �������� � 3"� ���� �� � ����� �� � ��

� ������ ��� ��� ����������� ��� � ������� ����

��������������� ���� ��+���������������������������

� ����� ������ �������������� ������ �����������&������

� ����������������� ���������� ����� ���*�������

��������������� �����������������������������������������

�������������������� ��� �� ������ ����������� �����

� ������

$��� ����������� � ������ ��������� ���������

� ���(������ ���� ������������������������ ����� ��

���������� ����������������������������� ��&�����������

������������� �������������� ������ �����������������

�����%�� ����� ����������������� ��������� �� ������ �

�������� ��������&� ������������� ��������� �&�������

�� ����� ����&�����/� �� ����� ���������� � ����

���� ������ ���04�',&�.�',&�<,&�?�,&�5�),&����1�� ����

���������������������������������������� �� ���� � ��

����� �������������� ������� ������� ���������� �����

���������4�',�� ���� ��������� ��������� ���� ���������

� �������� ������� ������ �������������� �� ����� �

� ������������*������������������������ ������������� ��

�������� �����������������������&���������������������

� ����� ��� ��������� � ���� �

CONCLUSIONS

������������������������������������������������� ��

����� �� ������������ ���������� �� ���� � ���������� �� �

*��������� �� �����*���� ����������������� ����*/

� ��������� ���������������� �� ���� � ������ ��5���

���������������� ��������(������������������� ��� ��

��������� ���� ������������ ������ ��� �� ������ �����

� ����� ���������������������

REFERENCES

�D.?�<����&�4���G�6 ���6��&���&� :@)&�3= �3=@

'�F+�7 �����&�6������ &�H�6������ &�6 ���6���6 �

���G&���&�'222&�:'=�:)'

)�/�E������&�7�+ �����&�.��/�����&���I ���4 ����&

H�9�����&�9� ��5������6 �������&�'222&�!32�!3@

!�<H�<��&�+�+����� &�DF�/���&�<H�6� ��&�HA

<��&�9<�/���&�+9�<�������&�/� �� =���A466&

'22'&�9���� �&�� � !

-�/�9������������&�D<�G���&�5����?���&���&�'222&�!-�-'

3�.I�G���� �&�6 ���4����������������&�/��������+���

��������/��&�?���F����&� :-@&�� )!� @)

=�/�9�������&���%�6/�4 � ����&�?$�+�����0���1&

.��� ��� ��� ����� � ��&���������� /����&�?��

H ��&� :-:&�� !:

@�D�7� ��&��<�9����&��������G��(�9� �&���&� ::@&�3@@�3:'

:�9�E�������������&��E�D� &�/�D����&�G��������6 �

6 ���6��&���&� :@!&�'=)�'==

2� ��?����&�F�� 9������ &� I4������&� 6 ��� 9� �

9� ����&���&� ::2&� 2:=� 2

� /4�4�������&� ��?����&�F�� 9������ &���

.��� �� ��9� ����� �&���&� :@@&�-2 �-2-

'���?����&�A ����G�.��� �� ��9� ����� �&���&� ::3&

-3=�-='

)��4�F��&�G��������6 ��6 ���6��&���&� :3)&�'2)�'2=

!�+�D �������&�D�5����&�9� ����� �����&���&� :::&�) :�)):

-�E�?������&�G�*������&�++�/����&��������G��(

9� �&���&� ::)&�=!=�=!:

3��+�7 �������&�/� ���5��*���������4 ��������&

'222&�?���$������&�� �'