The energetics of nitrate uptake by intact cells of the halotolerant cyanobacterium Aphanothece halophytica were investigated. Nitrate uptake was inhibited by various protonophores suggesting the coupling of nitrate uptake to the proton motive force. An artificially-generated pH gradient across the membrane (${\Delta}pH$) caused an increase of nitrate uptake. In contrast, the suppression of ${\Delta}pH$ resulted in a decrease of nitrate uptake. The increase of external pH also resulted in an enhancement of nitrate uptake. The generation of the electrical potential across the membrane ($\Delta\psi$) resulted in no elevation of the rate of nitrate uptake. On the other hand, the valinomycin-mediated dissipation of $\Delta\psi$ caused no depression of the rate of nitrate uptake. Thus, it is unlikely that $\Delta\psi$ participated in the energization of the uptake of nitrate. However, $Na^+$-gradient across the membrane was suggested to play a role in nitrate uptake since monensin which collapses $Na^+$-gradient strongly inhibited nitrate uptake. Exogenously added glucose and lactate stimulated nitrate uptake in the starved cells. N, N'-dicyclohexylcarbodiimide, an inhibitor of ATPase, could also inhibit nitrate uptake suggesting that ATP hydrolysis was required for nitrate uptake. All these results indicate that nitrate uptake in A. halophytica is ATP-dependent, driven by ${\Delta}pH$ and $Na^+$-gradient.
Salinity of soils in greenhouse has been increased by massive application of fertilizers. Nitrogen fertilizer was most popular, and thus nitrate became the majority of soil salinity. Accumulation of nitrate led to deleterious effects on the growth and development of crops and vegetables. Microbial strains able to utilize nitrate and thus remove excess nitrate from farm land soils were isolated from 15 different soils of greenhouses and plastic film houses. Four strains able to grow in medium containing 50 mM $KNO_3$ were isolated, among which only E0461 showed high capacity of nitrate uptake. Nitrate uptake by E0461 was dependent on culture medium and was increased by addition of tryptone and peptone. Although E0461 was able to grow without tryptone and peptone, growth was slow, and no nitrate uptake was observed. Nitrate appeared to facilitate E0461 growth in the presence of tryptone and peptone. Through kinetic analysis, nitrate uptake was measured at various concentrations of nitrate, and half-life was calculated. Nitrate concentration decreased with increasing incubation period, and plot between half-lives and initial concentrations of nitrate fitted to single exponential function. These results suggest one major factor plays an important role in microbial nitrate uptake.
Salt accumulation in soils of greenhouse due to the massive application of nitrogen fertilizers causes salt stress on the various crops, a serious problem in domestic agriculture. Since the majority of the salinity is nitrate, the excess nitrate should be removed; therefore, a bacterial strain having high capacity of nitrate uptake and identified as Enterobacter amnigenus GG0461 was isolated from the soils of greenhouse. Optimum conditions for the bacterial growth and nitrate uptake were investigated. GG0461 was able to grow without nitrate; however, nitrate facilitated the growth. The rate of nitrate uptake increased at alkaline pH and both growth and nitrate uptake were maximal at pH 8-9. When the initial pH of culture medium was increased to pH 8 or 9, it was decreased to neutral upon bacterial growth and nitrate uptake. These results imply that the major factor mediating bacterial nitrate uptake is a nitrate/proton antiporter. The fact was supported by the effect of nitrate addition in the absence of nitrate, since the addition of nitrate greatly increased the nitrate uptake and rapidly decreased pH of media.
A batch and a continuous type experiments were conducted to test the conditions for simultaneous phosphorus release and uptake, and denitrification, taking place in one process. The bacteria able to denitrify as well as to remove phosphorus were evaluated for the application to biological nutrient removal(BNR) process. In the batch-type experiment, simultaneous reactions of phosphorus release and uptake, and also denitrification were observed under anoxic condition with high organic and nitrate loading. However the rate and the degree of P release were lower than that occurred under anaerobic condition. BNR processes composed of anaerobic-anoxic-oxic(AXO), anoxic-anaerobic-oxic(XAO) and anoxic-oxic(XO) were operated in continuous condition. The anoxic reactors in each process received nitrate loading. In the AXO process, P release in anaerobic reactor and the luxury uptake in oxic reactor proceeded actively regardless to nitrate loading. However in XAO and XO processes, P release and luxury uptake occurred only with the nitrate loading less than $0.07\;kg{NO_3}^--N$/kgMLSS-d. With higher nitrate load, P release increased and the luxury uptake decreased. Therefore, it appeared that the application of denitrifying phosphorus-removing bacteria (DPB) to BNR process must first resolve the problem with decrease of luxury uptake of phosphorus in oxic reactor.
New production (NP) values in well-mixed waters of the Yellow Sea were estimated using two different methods and were compared with each other; one is from the quantum yield model of nitrate uptake and chlorophyll ${\alpha}$-specific light absorption coefficient, and the other is from a traditional $^{15}N$-labelled stable isotope uptake technique. The quantum yields of nitrate uptake were highly variable, ranging from 0.0001 to 0.04 mol $NO_3Ein^{-1}$, and the small values in this study might have resulted from either the partitioning into nitrate uptake of little portions of light energy absorbed by phytoplankton or that phytoplankton may predominantly utilize other N sources (E. G. ammonium and/or urea) than nitrate. The estimates (0.54-8.47 nM $h^{-1}$) of NP from the quantum yield model correlated well ($r^2$=0.67, p<0.1) with those (0.01-4.93 nM $h^{-1}$) obtained using the $^{15}NO_3$ uptake technique. To improve the ability of estimating NP values using this model in the Yellow Sea, more data need to be accumulated in the future over a variety of time and space scales.
The objective of the present work was to determine the corresponding uptake and assimilation of ${NO_3}^-$ in roots and shoots of leafy radish by applying of mixed amino acids (MAA). The amino acids used in this experiment were alanine (Ala), ${\beta}-alanine\;({\beta}-Ala)$, aspartic acid (Asp), asparagines (Asn), glutamic acid (Glu), glutamine (Gln), and glycine (Gly). Leafy radish was grown by conventional fertilization with macro- and micronutrients under controlled conditions. The 15-day-old seedlings were treated 0, 0.3 and 3.0 mM of MAA containing 5 mM ${NO_3}^-$ in growth medium. Nitrate uptake was determined by following ${NO_3}^-$ depletion from the uptake solution. The activity of the enzymes related to the process of ${NO_3}^-$ reduction (NR: nitrate reductase; NiR: nitrite reductase; GS: glutamine synthetase) and the content of ${NO_2}^-\;and\;{ND_3}^-$ were analyzed in shoots and roots. The results of this study showed that ${NO_3}^-$ uptake was inhibited 38% with treatment of 0.3 mM of MAA. However, there was more than three times increase of N03- uptake in 3.0 mM MAA. In addition, the enzymatic activities were positively affected by the high MAA rate. Finally, the ${NO_3}^-$ content was increased slightly both in shoots and roots of leafy radish by MAA treatments.
Lettuce (Lactuca sativa L.) plants were grown under hydroponic system to characterize the diurnal change of nitrate concentration and nitrate uptake rate and to examine the effect of short term cold treatment to rhizosphere on nitrate concentration and uptake rate in lettuce plant. The nitrate concentrations in midrib were two times higher than those in leaf. Nitrate concentration in the shoot reached to minimum (8.7 mg-N/GDW) at 14:00 and, thereafter, increased continuously until 23:00. During 11:00$\sim$17:00, nitrate uptake by lettuce plant was maximum (4.8 mg-N/GDW-Root/hr). Short term cold treatment reduced nitrate concentration in the shoot by 14$\sim$18%, and nitrate uptake rate by 50$\sim$55%, respectively. These results showed that short term cold treatment before harvest could be applied for the purpose of reduction of nitrate concentration in the leaf under hydroponic culture.
Lee, Kyung Ha;Jeong, Hae Jin;Kim, Hye Jeong;Lim, An Suk
ALGAE
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제32권2호
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pp.139-153
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2017
The ability of a red tide species to take up nutrients is a critical factor affecting its red tide dynamics and species competition. Nutrient uptake by red tide species has been conventionally measured by incubating nutrient-depleted cells for a short period at 1 or 2 light intensities. This method may be applicable to certain conditions under which cells remain in oligotrophic water for a long time and high nutrients are suddenly introduced. Thus, a new method should be developed that can be applicable to the conditions under which cells are maintained in eutrophicated waters in healthy conditions and experience light and dark cycles and different light intensities during vertical migration. In this study, a new repletion method reflecting these conditions was developed. The nitrate uptake rates of the red tide dinoflagellate Prorocentrum micans originally maintained in nitrate repletion and depletion conditions as a function of nitrate concentration were measured. With increasing light intensity from 10 to $100{\mu}E\;m^{-2}s^{-1}$, the maximum nitrate uptake rate ($V_{max}$) of P. micans increased from 3.6 to $10.8 pM\;cell^{-1}d^{-1}$ and the half saturation constant ($K_{s-NO3}$) increased from 4.1 to $6.9{\mu}M$. At $20{\mu}E\;m^{-2}s^{-1}$, the $V_{max}$ and $K_{s-NO3}$ of P. micans originally maintained in a nitrate repletion condition were similar to those maintained in a nitrate depletion condition. Thus, differences in cells under nutrient repletion and depletion conditions may not affect $K_{s-NO3}$ and $V_{max}$. Moreover, different light intensities may cause differences in the nitrate uptake of migratory phototrophic dinoflagellates.
This study was conducted to investigate the ratios of phosphorus release to COD uptake, phosphorus release to nitrate removal, and phosphorus uptake to phosphorus release by DNPAOs(denitrifying phosphate accumulating organisms). In case $I{\sim}IV$, influent 1 were fed with synthetic wastewater with influent 2 $NO_3^--N$ injection to anoxic zone and the case V were fed with municipal wastewater with side stream oxic zone instead of influent 2 $NO_3^--N$ injection. As a result, the ratio of phosphorus release to carbon uptake was increased in accordance with nitrate supply. The DNPAOs simultaneously took up phosphate and removed nitrate from the anoxic reactor. In case $I{\sim}IV$, with above 20 mg/L of sufficient $NO_3^--N$ supply, phosphate was taken up excessively by the DNPAOs in anoxic condition. The large amount of both uptake and release of phosphorus occurred above 20 mg/L of nitrate supply, achieving the ratio of phosphorus uptake to phosphorus release to be 1.05. In case V, phosphate luxury uptake was not occurred in system due to 6.98 mg/L of insufficient $NO_3^--N$ supply and the ratio of phosphorus uptake to phosphorus release was 0.98. Consequently, if nitrate as the electron acceptor was sufficient in anoxic zone, the ratio was found to be high.
Park, Seong-Wan;Yoon, Young-Bae;Wang, Hee-Sung;Kim, Young-Kee
Journal of Applied Biological Chemistry
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제54권4호
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pp.252-257
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2011
To remove excess nitrate from the agricultural environments, Enterobacter amnigenus GG0461 has been isolated as a bacterial strain having high capability of nitrate uptake activity. This strain was able to remove nitrate more than 3,000 ppm (50 mM) in the Pseudomonas agar F (PAF) medium. Therefore, it could be a candidate strain for a nitrate scavenger in the various contaminated environments, such as agricultural soils, livestock sewage, and industrial wastewater. In order to develop medium for the large-scale production of the strain GG0461, each component of PAF medium was replaced with the corresponding commercial product and the optimal conditions for bacterial growth and nitrate uptake activity were measured. Glycerol was replaced with the commercially available product and the nitrogen source was substituted with commercial tryptone, yeast extract, soybean meal, and fermented fish extract. Bacterial growth and nitrate uptake activity were maximal in the media containing 2% tryptone, followed by yeast extract, soybean meal, and fermented fish extract. The pH of the growth medium containing 2% tryptone was decreased by the bacterial nitrate uptake, suggesting that the nitrate uptake is mediated by a nitrate/proton antiporter. This result shows that the medium containing commercial tryptone was good enough for the physiological activity of the strain GG0461. Each component of PAF medium was successfully replaced with the corresponding commercial product except peptone. In conclusion, the composition of medium for the cultivation of the strain GG0461 was determined as 2% tryptone, 1% glycerol, plus required salts according to the composition of PAF medium.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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