غربال گری باکتری‌های تثبیت‌کننده نیتروژن مبتنی بر روش رنگ‌سنجی نوین

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 گروه میکروبیولوژی، دانشکده علوم زیستی، دانشگاه الزهرا، تهران، ایران

2 بخش بیوتکنولوژی میکروبی- پژوهشگاه بیوتکنولوژِی کشاورزی ایران

10.30466/asr.2025.55844.1870

چکیده

تلاش برای کاهش مصرف کودهای شیمیایی نیتروژن‌دار با هدف توسعه کشاورزی پایدار منجر به اختصاص سهم 70 درصدی کودهای زیستی تثبیت‌کننده نیتروژن اتمسفری در بازار جهانی کودهای میکروبی شده است. پیچیدگی و هزینه بالای روش‌های مرسوم اندازه‌گیری میزان تثبیت زیستی نیتروژن یکی از چالش‌های مهم در غربال‌گری سویه‌های باکتریایی دیازوتروف است که ضرورت معرفی روش‌های ساده، دقیق و ارزان‌قیمت را محرز میسازد. هدف پژوهش حاضر توسعه روش جدید رنگ‌سنجی مبتنی بر نرم‌افزار رایگان Color grab و گوشی هوشمند همراه بود. این روش تبدیل داده‌های حاصل از دستگاه اسپکتروفتومتری به شاخص های RGB و HSV و نیز اندازه‌گیری کمّی نیتروژن را با هزینه‌ی کم و سهولت بالا امکان‌پذیر می‌سازد. غربال‌گری کیفی 12 جدایه باکتریایی Bacillus subtilis و سویه استاندارد Azotobacter chroococcum در محیط کشت عاری از نیتروژن (NFB) و حاوی برموتیمول بلو با تغییر رنگ محیط انجام شد. اندازه‌گیری کمّی میزان تثبیت زیستی نیتروژن به کمک منحنی استاندارد ترسیم‌ شده با روش اسپکتروفتومتری صورت گرفت. با تبدیل داده‌های حاصل از طیف‌سنجی به شاخص رنگ‌سنجی در گوشی هوشمند همراه، امکان غربال سریع، دقیق و کم‌هزینه سویه‌های تثبیت‌کننده نیتروژن فراهم گردید. بر اساس نتایج حاصل از روش رنگ‌سنجی، شاخصS (97/0(R2 ≤ در هر دو فضای باز و بسته با موفقیت مبنای ترسیم منحنی استاندارد مبتنی بر غلظت‌های مختلف نیتروژن در محدوده صفر تا µg/ml 18 قرار گرفتند. بر اساس تغییر رنگ محیط کشت NFB، تمام جدایه‌ها به‌جز جدایه-های A15d و g33b قادر به تولید یون آمونیوم بودند. میزان کمّی غلظت نیتروژن برای جدایه‌های مورد ارزیابی در محدوده µg/ml 65/1 تا 32/13 برآورد گردید. بیشترین میزان تولید نیتروژن مربوط به جدایه‌های g19l وW بود که به ترتیب معادل µg/ml 32/13 و µg/ml 49/12 برآورد گردید. همخوانی بسیار خوب داده های حاصل از روش طیف‌سنجی و رنگ‌سنجی موید کارایی روش مذکور به منظور غربال‌گری دقیق و ساده سویه های باکتریایی دیازوتروف بود.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


عنوان مقاله [English]

Screening of nitrogen-fixing bacteria based on a novel colorimetric method

نویسندگان [English]

  • Maryam Layegh Haghighi, 1
  • Mohammadi, Ali 1
  • Maryam Mousivand 2
  • , Elmira Tizjang 2
1 Department of Microbiology, Faculty of Biological Sciences, Alzahra University, Tehran, Iran
2 Microbial Biotechnology Department, Agricultural Biotechnology Research Institute of Iran, Agricultural Research, Education and Extension Organization, 3135933151, Karaj, Iran
چکیده [English]

Sustainable agriculture development has led to a reduction in nitrogen fertilizer consumption and allocating 70% share of nitrogen biofertilizers in the global microbial market. The complexity and high cost of conventional methodologies is one of the main challenges for diazotrophic bacteria screening and then simple, precise and low cost techniques should be introduced. In this research, a novel colorimetric method developed based on the converting spectrophotometric data into RGB and HSV items through smartphone Color Grab application to estimate the biological nitrogen fixation. A total of 12 Bacillus subtilis isolates and Azotobacter chroococcum were screened for nitrogen fixing based on the color change of NFB medium containing bromothymolblue. The nitrogen concentration was quantified using a standard curve obtained via spectrophotometric data. Conversion of spectroscopic data into smartphone colorimetry items provides the fast, accurate and low-cost monitoring of nitrogen-fixing strains. According to the colorimetric results, S indice (R2 ≤ 0.97) in both open and closed systems were successfully used for standard curve drawing in the range of zero to 18 µg/ml to estimate different nitrogen concentrations. Based on the NFB medium color shift, all bacterial isolates except A15d and g33b strains were able to ammonia production.The nitrogen fixation capacity of bacterial isolates was in the range of 1.65 µg/ml to 13.32 µg/ml. Strains g19l and W exhibited the highest nitrogen concentration estimated as 13.32 and 12.49 µg/ml, respectively. The high concordance between the spectroscopic and colorimetric data substantiated the efficacy of the employed method for precise and streamlined screening of diazotrophic bacterial strains.

کلیدواژه‌ها [English]

  • bio-fertilizers
  • colorimetric methods
  • nitrogen fixing bacteria
  • smartphone