Impact of epiphytic and endogenous enzyme activities of senescent maize leaves and roots on the soil biodegradation process

This study was focused on investigating the role of the initial residue community, i.e. microorganisms and enzymes from the epiphytic and endophytic compartments, in soil decomposition processes. Aerial and underground parts (leaves and roots) of maize (Zea mays L.) plants were γ-irradiated, surface-sterilized with sodium hypochlorite (NaOCl)/ethanol or non-sterilized (controls), while the outer surface morphology of maize leaves and roots was examined by scanning electron microscopy (SEM). Non-sterilized and sterilized maize leaves and roots were incubated in soil to study carbon (C) mineralization kinetics and enzyme dynamics (L-leucine aminopeptidase, CBH–1, xylanase, cellulase and laccase). SEM results showed that initial microbial colonization was more pronounced on non-sterilized leaf and root surfaces than on sterilized samples. The hypochlorite treatment removed a part of the soluble components of leaves by washing and no specific effect of any type of colonizing microorganisms was observed on C mineralization. In contrast, γ irradiation and hypochlorite treatments did not affect root chemical characteristics and the quantitative effect of initial residue-colonizing microorganisms on C mineralization was demonstrated. The variations in C mineralization and enzyme dynamics between non-sterilized and sterilized roots suggested that activities of epiphytic and endogenic microorganisms were of the same order of magnitude.

RésuméCette étude a été réalisée pour étudier le rôle des communautés microbiennes initialement présentes sur les résidus végétaux, c’est-à-dire les micro-organismes et les enzymes provenant des compartiments épiphytes et endophytes, sur les processus de décomposition dans les sols. Les parties aériennes et souterraines (feuilles et racines) du maïs (Zea mays L.) ont été soit γ-irradiées, soit stérilisées en surface avec de l’hypochlorite de sodium (NaOCl)/éthanol ou enfin non stérilisées (témoin), alors que la morphologie des surfaces externes des feuilles et des racines de maïs a été observée par microscopie électronique à balayage (MEB). Les feuilles et les racines de maïs non stérilisées et stérilisées ont été incubées dans le sol pour étudier les cinétiques de minéralisation du carbone et les dynamiques enzymatiques (L-leucine aminopeptidase, CBH–1, xylanase, cellulase et laccase). Les observations au MEB ont montré que la colonisation microbienne initiale était plus importante sur les surfaces des feuilles et des racines non stérilisées que sur les échantillons stérilisés. Le traitement à l’hypochlorite a éliminé une partie des composés solubles des feuilles par lavage et donc aucun effet spécifique de la colonisation microbienne initiale sur la minéralisation du carbone n’a pu être constaté. En revanche, les traitements irradiation γ et hypochlorite n’ont pas affecté les caractéristiques chimiques des racines et l’effet quantitatif des micro-organismes colonisateurs des résidus initiaux sur la minéralisation du carbone a été démontré. Les variations de minéralisation du carbone et des dynamiques enzymatiques entre les racines non stérilisées et stérilisées suggèrent que les activités des micro-organismes épiphytes et endogènes sont du même ordre de grandeur.