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Decomposition des acides amines 14C dans le sol
SHORT
COMMUNICATION
Decomposition des acides amines 14C dans le sol J. Laboratoirc
d’Ecologie
microbienne,
MA~‘AIJIXIN
UniversitC
La dkomposition des acides amink dans le sol a surtout fait I’objet d’ktudcs sur la cinktique de la miniralisation (Greenwood et Lees, 1956). On s’est. par contre, moins inti_ressC aux transformations que subisscnt les acides aminks au tours de lcur d&gradation tusyuV former un ri-sidu biologiquement stable. On peut supposer que, comme pour le glucose 14C dans le sol. les transformations des acides aminks laissent des kidus dont la nature biologiquc reprknte, soit des protkines microbiennes. soit des rCsidus de membranes ou parois cellulaires de nature probabiement bactkriennc ou fongique. vu la prksence t-levee de glucosamine ‘“C Les recherches ont et& poursuivies en vue de dkterminer si la nature du rkidu biostable du sol variait d’apks la nature de I’acide amint- soumis ~~ d&composition. Dans ce but. on a introduit sCparCment dans le sol des acides aminis UL4C (Amersham) que I’on a soumis ;I dkomposition jusqu’g former un risidu biologiquement stable. dont on a d&erminC la nature par radiochromatographie. Lcs c~~ract~ris~iqucs du sol utilise sont du type: sol brun sur limon loessique: pH (sol:eau 12.5) = 6.2; C total (“<,) = 2.2; N total f”,,) = 0.17; bactkres (190 x I@‘~g-‘; moisissures (lO”~g~~‘. On a suivi sPpar6ment le mktabolisme (50 parties,‘lO’) de l’acide glutamique 14C(U), sirine ‘*C(U). alanine “C(1.J), proline ‘“C(U). lysine ‘V(U), leucine ‘V(U) et arginine ‘“C(U) introduit h raison de 10 @Zi g- ’ de sol; les rksultats &ant obtenus en incuhant skpartment les acides aminks dans 4 g sol frais incubes B 2W C. Le “CO1 total d&g& est recueilli dans une trappe ~1NaOH 0.25 ri.
Pour dkterminer les substances azotkes ‘Y’ form&es aux d&pens de chaque acide amine “C introduit. on traitc Ic sol par HC‘I 6 N pendant 1Xh ti 100 C’ en tube scellk. L’hydrolysat est kapok i set I quatre reprises et HCI r&duel Climini- par extraction de la solution aqueuse avec di-2ithylhexylamine B S”,, dans CHCI,. La solution r&iduelle est traitPe 5 la X-hydroxyquinokine S”,, dans CHCIJ jusqu’d Climinatlon compl&e des cations polyvalents (sesquioxydes). L’exctk de reactif est CliminP par CHCI,. La phase aqueusc cst kaport-e 2i set et les acides aminks extraits par i‘acktone contenant 5”;, HCl 6~ suivant la mkthode de Smith (1960). Aprb I’tlimination de i’act-tone, 3 ml d’eau dt-mirkraiis~e sont ajoutks et HCI prtsent est klimini- par di-2-Cthylhexylamine. L’exc&s d’amine est extrait au CHCI, ct le rCsidu evaport: j set est repris dans 500~1 d’eau dCminkralisk. La partie aliquote est chromatographitk h deus dimensions dans le solvant dc Partridge: butanoliacide acPtique,kau et ph~nol~ammoniaque. Les substances “C sent mises en C-vidence par radioautog~~phie sur film structurix D-IO. On donne. au Tableau I. I’estimation du r&sidu “C biostable obtenu dans Ic sol aprts 100 jours de d&composition. Ces valeurs indiquent que l’aclde glutamique “C et la leucine “C subissent. dans le sol. respectivemcnt la minPralisation la plus &vie et la plus falble.
et L.
BATISTIC
de Louvain,
134% -^Louvain-la-Neuve,
Belgique
Au Tableau 2. on montre la repartition centtkimale radioactive rksiduelle des acides aminks lJC dans le sol. obtenue apr+s comptage au tube Geiger Muller de la radioactivitk des spots skparks par radiochromatographie (voir exemple pour I’acide glutamique 14C Fig. 1 et la lysine “C Fig. 2). D’aprks ies valeurs obtenues lorsque I’acide amine 14C ajoutk au sol se trouve ?tre un acide g longue chnine comme la Iysine 14C. la leucine “C et I’arginine ‘Y’ , les substances aminies 14C’ rkiduelles dans le sol sont Clevkes. tant du point de vuc quantitatif que qualitatif. Outre les acides amink constituant les protkines. on met en ividence la glucosamine “C. l’acide muramique ‘“C et I’acide ~,~-diaminopim~liqil~ ‘*C (DAP) prkurseur de la Ivsine. qui sont des constituants des parois cellulaires des mlcroorganismes. II faut noter. a ce propos. que I’acide LL rr-diaminopimklique est prtkent dans les parois cellulaires de St~ptoMars spp et Arthrohucfw spp. genres trks ri-pandus dans les sols. Contr~~ircm~nt aux acides diamink, I’acidc glutamiq~le “C. la st-rine ‘“C et I’alanine “C contrihuent :I donner. dans les sols. un rkidu biostable qui SC compose essentiellement en acide glutamique. skrinc. glvcmc. thrkonine et glucosamine qui sont mis en evidence kgalement dans Its parois cellulaires des fungi et des bactkries. II faut encore signaler que. malgrk un temps de decomposition de IO0 jours. l’acide amink 14C initialement introduit. reste present dans le sol B des eoncentr~~tions relatives qui sont fort klevkes. Ainsi. aprts d&composition. snit de l’arginme “Y’ . soit de la lysme ‘Y’, prtk du tiers du rCsidu “C biostable SC trouve sous la forme de ccs acides amintis ‘V. On pourrait expliquer cc phknomtke par la formation de complexes entre I’acide amink et la mat&e orgamyue du sol. bien que si l’on tient compte du pH l~gtrement acidc. il faudrait &carter les complexes klectrostatiqucs entre les acides amink et i’humus (Adams et Pcrrj. 1973). Quoiqu’il en soit. la prksence darts le r&sidu “c‘ de l’ensemble des radiochromatogrammes avec la formatton des produits de nkoformation comme I’aclde muramique. la
Tableau
I. Estimation du rCsidu “C biostuble aprts IO0 jours dc d~conlposi(ion
Acide amine initialement
“C introduit dans le sol
R&duel
dans Ic sol* (“,,I
12.4
Acide glutamique Serinc Alaninc Proline Lqsine Leucinc Argininc * Estimb par difference di-gag6
dans It‘ sol
23.7 14.6 25.8 26.8 302 23.1 cntre
le lJC initial
et Ic “CO,
558
Short
communications
Short Tableau
2. Repartition
14C du sol
Acide glutamique
AC. aspartique AC. glutamique S&ine Glycine ThrConine Alanine Valine Leucine PhCnylalanine Hlstidine Lysine Arginine Proline Glucosamine AC. muramique r.e-DAP
traces 30.97 2.86 2.86 8.79 32.50 4.78 5.50 4.06 traces 3,80 traces traces 3,82 traces traces
14C
cent&imale
Shrine
14C
1.9 5.7 32,0 18.6 2.7 13,so 2.5 3.2 2,1 traces 5,37 I ,69 3.4 4,X6 traces traces
de la radioactiviti
Alanine
acides fulviques acides humiques humine
rtsiduelle
14C Proline
traces 2.0 I I .93 2.19 3.25 69.64 5.66 4.14 2.00 traces 2,74 traces
I .82 3.10 traces traces
glucosamine et I’acide r,+diaminopimklique suggkre que ces complexes succkdent B I’immobilisation biologique de I’acide amink 14C et que ces derniers sont dans le sol des rksidus “‘C de parois cellulaires adsorb& g I’humus. En ce qui concerne la sp&ificitC des fractions humiques qui exerceraient un rGle dans le processus d’adsorption du rt-sidu ‘“C biostable. une analyse de la radioactivitt des acides fulviques, humiques et de I’humine montre que I’adsorption du rt-sidu 14C est non spkcifique avec. toutefois. le fait que la fraction humique d&erminCe, I’humine, intervient pour la moitik dans I’effet d’adsorption. A titre d’exemple. on donne ci-apr& la repartition de la radioactivitk r&iduelle aprts 100 jours de dtcomposition de I’acide glutamique 14C. la lysine 14C et la leucine “+C: ac. glutamique 14C 22.8 26.4 50.8
559
communications
lysine 14C leucine 14C 21,8 16.4 22.2 22.0 55.9 61.4
Les ri-sultats indiquent qu’il n’y a pas de compltte redistribution biologique des acides amin& “‘C mintralists dans le sol. mais que ceux-ci produisent des rtsidus “QZ organiques spCcifiques. Ces rtsultats dkmontrent I’intGt, en agriculture, de la rotation des cultures, puisque d’aprts les travaux de Vancura et Hovadik (1965). les exudats des racines libirent des acides aminks dont la spt?cificitt varie avec la nature de la plante. II faut presumer que plus grande
1.57 8.68 4.47 5.02 6.24 13.76 6.26 6.53 2.83 traces 8.73 3.99 13.79 13.96 1.51 2.13
14C
des acides
Lysine
aminks
14C
I .97 7.79 4.57 6,09 3.12 12.62 3,06 5.45 3,1x traces 27.99 2.98 4.55 II.32 2.43 1.14
14C dans le sol
Leucine 0.93 Il.29 2.2 I 3,32
2.8I II.13 8.04 9.30 20.45 traces 7,58 I .20 2.88 IO.40 2.40 I ,86
14C
Arginine
14C
I,75 6,Ol 2.44 3,1x 2,37 1.55 7.83 2.54 2.22 3.53 3.63 35.26 I5,07 9.45 I ,70 1.52
est la dIversit des acides aminks libres dans le sol. meilleure est la qualit de la nature chimique du rksidu “‘C biostable associb g la mat&e organique du sol. Rr,,lrrcie,tiri,r~Recherche subventionn&e par I’lnstitut pour I’Encouragement de la Recherche Scientifique dans I’lndustrie et I’Agriculture (IRSIA). Belgique.
BlBLlOGRAPHlE AIJAMS W. A. et PERRY D. R. (1973) The effect of pH on the incorporation of aminoacid into humic acid extracted from soil. J. Soil Sci. 24, 1X-25. BATISTIC L. et MAYAUUON J. (1970) Stabilisation biologique dans le sol de I’acide firulique 14C. de I’acide vanilii14C. Ann. IUst. Pasque “‘C et de I’acide p-coumarique teur 118, 19&206. GRFENWCOII D. J. et LI:FS H. (1956) Studies on the decomposition of aminoacids in soil. I. A preliminary survey of techniques. PI. Soil 7. 253-268. MILLER W. (1961) Thr Pjzcr Ha&hook of Microhid Mrtuholitrs, p. 313. McGraw-Hill. New York. SMITH 1. (I 960) Chromtoyruphic ad Elrcfrophorrric Techuiques. Heineman-Medical Books, London. VANCURA V. et HOVAIXK A. (1965) Root exudates of plants. II. Decomposition of root exudates of some vegetables. PI. Soil 22, 21-32.
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Decomposition des acides amines 14C dans le sol J. Laboratoirc
d’Ecologie
microbienne,
MA~‘AIJIXIN
UniversitC
La dkomposition des acides amink dans le sol a surtout fait I’objet d’ktudcs sur la cinktique de la miniralisation (Greenwood et Lees, 1956). On s’est. par contre, moins inti_ressC aux transformations que subisscnt les acides aminks au tours de lcur d&gradation tusyuV former un ri-sidu biologiquement stable. On peut supposer que, comme pour le glucose 14C dans le sol. les transformations des acides aminks laissent des kidus dont la nature biologiquc reprknte, soit des protkines microbiennes. soit des rCsidus de membranes ou parois cellulaires de nature probabiement bactkriennc ou fongique. vu la prksence t-levee de glucosamine ‘“C Les recherches ont et& poursuivies en vue de dkterminer si la nature du rkidu biostable du sol variait d’apks la nature de I’acide amint- soumis ~~ d&composition. Dans ce but. on a introduit sCparCment dans le sol des acides aminis UL4C (Amersham) que I’on a soumis ;I dkomposition jusqu’g former un risidu biologiquement stable. dont on a d&erminC la nature par radiochromatographie. Lcs c~~ract~ris~iqucs du sol utilise sont du type: sol brun sur limon loessique: pH (sol:eau 12.5) = 6.2; C total (“<,) = 2.2; N total f”,,) = 0.17; bactkres (190 x I@‘~g-‘; moisissures (lO”~g~~‘. On a suivi sPpar6ment le mktabolisme (50 parties,‘lO’) de l’acide glutamique 14C(U), sirine ‘*C(U). alanine “C(1.J), proline ‘“C(U). lysine ‘V(U), leucine ‘V(U) et arginine ‘“C(U) introduit h raison de 10 @Zi g- ’ de sol; les rksultats &ant obtenus en incuhant skpartment les acides aminks dans 4 g sol frais incubes B 2W C. Le “CO1 total d&g& est recueilli dans une trappe ~1NaOH 0.25 ri.
Pour dkterminer les substances azotkes ‘Y’ form&es aux d&pens de chaque acide amine “C introduit. on traitc Ic sol par HC‘I 6 N pendant 1Xh ti 100 C’ en tube scellk. L’hydrolysat est kapok i set I quatre reprises et HCI r&duel Climini- par extraction de la solution aqueuse avec di-2ithylhexylamine B S”,, dans CHCI,. La solution r&iduelle est traitPe 5 la X-hydroxyquinokine S”,, dans CHCIJ jusqu’d Climinatlon compl&e des cations polyvalents (sesquioxydes). L’exctk de reactif est CliminP par CHCI,. La phase aqueusc cst kaport-e 2i set et les acides aminks extraits par i‘acktone contenant 5”;, HCl 6~ suivant la mkthode de Smith (1960). Aprb I’tlimination de i’act-tone, 3 ml d’eau dt-mirkraiis~e sont ajoutks et HCI prtsent est klimini- par di-2-Cthylhexylamine. L’exc&s d’amine est extrait au CHCI, ct le rCsidu evaport: j set est repris dans 500~1 d’eau dCminkralisk. La partie aliquote est chromatographitk h deus dimensions dans le solvant dc Partridge: butanoliacide acPtique,kau et ph~nol~ammoniaque. Les substances “C sent mises en C-vidence par radioautog~~phie sur film structurix D-IO. On donne. au Tableau I. I’estimation du r&sidu “C biostable obtenu dans Ic sol aprts 100 jours de d&composition. Ces valeurs indiquent que l’aclde glutamique “C et la leucine “C subissent. dans le sol. respectivemcnt la minPralisation la plus &vie et la plus falble.
et L.
BATISTIC
de Louvain,
134% -^Louvain-la-Neuve,
Belgique
Au Tableau 2. on montre la repartition centtkimale radioactive rksiduelle des acides aminks lJC dans le sol. obtenue apr+s comptage au tube Geiger Muller de la radioactivitk des spots skparks par radiochromatographie (voir exemple pour I’acide glutamique 14C Fig. 1 et la lysine “C Fig. 2). D’aprks ies valeurs obtenues lorsque I’acide amine 14C ajoutk au sol se trouve ?tre un acide g longue chnine comme la Iysine 14C. la leucine “C et I’arginine ‘Y’ , les substances aminies 14C’ rkiduelles dans le sol sont Clevkes. tant du point de vuc quantitatif que qualitatif. Outre les acides amink constituant les protkines. on met en ividence la glucosamine “C. l’acide muramique ‘“C et I’acide ~,~-diaminopim~liqil~ ‘*C (DAP) prkurseur de la Ivsine. qui sont des constituants des parois cellulaires des mlcroorganismes. II faut noter. a ce propos. que I’acide LL rr-diaminopimklique est prtkent dans les parois cellulaires de St~ptoMars spp et Arthrohucfw spp. genres trks ri-pandus dans les sols. Contr~~ircm~nt aux acides diamink, I’acidc glutamiq~le “C. la st-rine ‘“C et I’alanine “C contrihuent :I donner. dans les sols. un rkidu biostable qui SC compose essentiellement en acide glutamique. skrinc. glvcmc. thrkonine et glucosamine qui sont mis en evidence kgalement dans Its parois cellulaires des fungi et des bactkries. II faut encore signaler que. malgrk un temps de decomposition de IO0 jours. l’acide amink 14C initialement introduit. reste present dans le sol B des eoncentr~~tions relatives qui sont fort klevkes. Ainsi. aprts d&composition. snit de l’arginme “Y’ . soit de la lysme ‘Y’, prtk du tiers du rCsidu “C biostable SC trouve sous la forme de ccs acides amintis ‘V. On pourrait expliquer cc phknomtke par la formation de complexes entre I’acide amink et la mat&e orgamyue du sol. bien que si l’on tient compte du pH l~gtrement acidc. il faudrait &carter les complexes klectrostatiqucs entre les acides amink et i’humus (Adams et Pcrrj. 1973). Quoiqu’il en soit. la prksence darts le r&sidu “c‘ de l’ensemble des radiochromatogrammes avec la formatton des produits de nkoformation comme I’aclde muramique. la
Tableau
I. Estimation du rCsidu “C biostuble aprts IO0 jours dc d~conlposi(ion
Acide amine initialement
“C introduit dans le sol
R&duel
dans Ic sol* (“,,I
12.4
Acide glutamique Serinc Alaninc Proline Lqsine Leucinc Argininc * Estimb par difference di-gag6
dans It‘ sol
23.7 14.6 25.8 26.8 302 23.1 cntre
le lJC initial
et Ic “CO,
558
Short
communications
Short Tableau
2. Repartition
14C du sol
Acide glutamique
AC. aspartique AC. glutamique S&ine Glycine ThrConine Alanine Valine Leucine PhCnylalanine Hlstidine Lysine Arginine Proline Glucosamine AC. muramique r.e-DAP
traces 30.97 2.86 2.86 8.79 32.50 4.78 5.50 4.06 traces 3,80 traces traces 3,82 traces traces
14C
cent&imale
Shrine
14C
1.9 5.7 32,0 18.6 2.7 13,so 2.5 3.2 2,1 traces 5,37 I ,69 3.4 4,X6 traces traces
de la radioactiviti
Alanine
acides fulviques acides humiques humine
rtsiduelle
14C Proline
traces 2.0 I I .93 2.19 3.25 69.64 5.66 4.14 2.00 traces 2,74 traces
I .82 3.10 traces traces
glucosamine et I’acide r,+diaminopimklique suggkre que ces complexes succkdent B I’immobilisation biologique de I’acide amink 14C et que ces derniers sont dans le sol des rksidus “‘C de parois cellulaires adsorb& g I’humus. En ce qui concerne la sp&ificitC des fractions humiques qui exerceraient un rGle dans le processus d’adsorption du rt-sidu ‘“C biostable. une analyse de la radioactivitt des acides fulviques, humiques et de I’humine montre que I’adsorption du rt-sidu 14C est non spkcifique avec. toutefois. le fait que la fraction humique d&erminCe, I’humine, intervient pour la moitik dans I’effet d’adsorption. A titre d’exemple. on donne ci-apr& la repartition de la radioactivitk r&iduelle aprts 100 jours de dtcomposition de I’acide glutamique 14C. la lysine 14C et la leucine “+C: ac. glutamique 14C 22.8 26.4 50.8
559
communications
lysine 14C leucine 14C 21,8 16.4 22.2 22.0 55.9 61.4
Les ri-sultats indiquent qu’il n’y a pas de compltte redistribution biologique des acides amin& “‘C mintralists dans le sol. mais que ceux-ci produisent des rtsidus “QZ organiques spCcifiques. Ces rtsultats dkmontrent I’intGt, en agriculture, de la rotation des cultures, puisque d’aprts les travaux de Vancura et Hovadik (1965). les exudats des racines libirent des acides aminks dont la spt?cificitt varie avec la nature de la plante. II faut presumer que plus grande
1.57 8.68 4.47 5.02 6.24 13.76 6.26 6.53 2.83 traces 8.73 3.99 13.79 13.96 1.51 2.13
14C
des acides
Lysine
aminks
14C
I .97 7.79 4.57 6,09 3.12 12.62 3,06 5.45 3,1x traces 27.99 2.98 4.55 II.32 2.43 1.14
14C dans le sol
Leucine 0.93 Il.29 2.2 I 3,32
2.8I II.13 8.04 9.30 20.45 traces 7,58 I .20 2.88 IO.40 2.40 I ,86
14C
Arginine
14C
I,75 6,Ol 2.44 3,1x 2,37 1.55 7.83 2.54 2.22 3.53 3.63 35.26 I5,07 9.45 I ,70 1.52
est la dIversit des acides aminks libres dans le sol. meilleure est la qualit de la nature chimique du rksidu “‘C biostable associb g la mat&e organique du sol. Rr,,lrrcie,tiri,r~Recherche subventionn&e par I’lnstitut pour I’Encouragement de la Recherche Scientifique dans I’lndustrie et I’Agriculture (IRSIA). Belgique.
BlBLlOGRAPHlE AIJAMS W. A. et PERRY D. R. (1973) The effect of pH on the incorporation of aminoacid into humic acid extracted from soil. J. Soil Sci. 24, 1X-25. BATISTIC L. et MAYAUUON J. (1970) Stabilisation biologique dans le sol de I’acide firulique 14C. de I’acide vanilii14C. Ann. IUst. Pasque “‘C et de I’acide p-coumarique teur 118, 19&206. GRFENWCOII D. J. et LI:FS H. (1956) Studies on the decomposition of aminoacids in soil. I. A preliminary survey of techniques. PI. Soil 7. 253-268. MILLER W. (1961) Thr Pjzcr Ha&hook of Microhid Mrtuholitrs, p. 313. McGraw-Hill. New York. SMITH 1. (I 960) Chromtoyruphic ad Elrcfrophorrric Techuiques. Heineman-Medical Books, London. VANCURA V. et HOVAIXK A. (1965) Root exudates of plants. II. Decomposition of root exudates of some vegetables. PI. Soil 22, 21-32.