Biochemisch-oekologische Studien zum Phosphathaushalt vonAzotobacter chroococcum

Abstract

The influence of different phosphate-compounds, especially of NaH₂PO₄×2 H₂O and fructose-1,6-diphosphate, on nitrogen fixation was studied in three tribes ofAzotobacter chroococcum. In stagnant nonaerated cultures a phosphate-optimum exists for the nitrogenfixation of 90 µg P/ml. Using fructose-1,6-diphosphate the same quantity of nitrogen is fixed with only 50 µg P/ml. In aerated cultures the differences between inorganic phosphate and fructose-1,6-diphosphate (regarding their influence on the nitrogen-fixation) disappear. The quotient: used up C/fixed N also depends on aeration. In stagnant cultures containing organic phosphate-compounds, the C/N-quotient is lower than in those containing inorganic phosphate. In aerated cultures, however, the C/N-quotient is lowest with orthophosphate. The experiments indicate that the phosphate-esters are incorporated into the cell immediately without splitting up on the cell surface. These incorporated phosphateesters in non-aerated cultures, lacking an extensive oxidative phosphorylation, are apparently important for the economy of nitrogen fixation. The ecological role of the incorporation of phosphate-esters is discussed in relation to the fact that a great part of phosphorus in the natural environment is not inorganic but organic phosphate.

Zusammenfassung

1. Zur Untersuchung der Frage, ob der StickstoffbinderAzotobacter chroococcum organische Phosphorverbindungen verwerten kann, werden Na₂HPO₄ × 2H₂O und Fructose-1,6-diphosphat in ihrer Wirkung auf die Stickstoffbindung und den Zuckerverbrauch des Bakteriums verglichen.

2. Es zeigte sich, daß Fructose-1,6-diphosphat einen spezifischen Einfluß auf die Stickstoffbindung ausübt. Denn unter stagnierenden Kulturbedingungen ergibt der Phosphatester eine ökonomischere Stickstoffbindung als anorganisches Orthophosphat, das heißt, es wird mehr Stickstoff je Kohlenstoffmenge gebunden (Abb. 6). Bei Belüftung verschwindet der fördernde Einfluß des Fructose-1,6-diphosphats auf die Stickstoffbindung.

3. Die durch Fructose-1,6-diphosphat in unbelüfteten Kulturen gesteigerte Stickstoffausbeute wird dadurch erklärt, daß Phosphatesterbindungen in die Zelle aufgenommen und dem Stoffwechsel zur Verfügung gestellt werden. Bei Belüftung sind Phosphatbindungen dagegen im Zusammenhang mit verstärkten Phosphorylierungen im Überschuß vorhanden. Ein zusätzliches Angebot exogener Phosphatbindungen ist in diesem Falle für den Stoffwechsel bedeutungslos.

4. Da am natürlichen Standort Phosphate häufig nicht frei, sondern gebunden vorliegen, wird die ökologische Bedeutung der Befunde diskutiert.