Kim, Hyoung-Jong;Jeong, Hun-Seob;Kim, Jae-Ho;Lee, Jong-Soo
The Journal of Natural Sciences
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v.12
no.1
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pp.69-79
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2002
850 strains of phosphate-solubilizing bacteria were isolated from soil of Chung-nam and Daejeon region using 0.5% calcium phosphate containing medium. The HS-2 strain with the highest rock phosphate-solubilizing activity was selected and identified as Azotobacter sp. HS-2 based on the microbiological characteristics. The optimum culture temperature and initial pH of medium for solubilization of rock phosphate were $30^{\circ}C$ and pH 6.0-7.0, respectively. Addition of oxalic acid(0.5M) into the PDB-rock phosphate medium increased 50% solubilization of rock phosphate.
Two phosphate solubilizing Pantoea strains (P. agglomerans and P. rodasii) were employed in elucidating their phosphate solubilizing potential under different carbon and nitrogen sources, pH, temperature and salt conditions. Plant growth promoting characteristics such as ACC deaminase activity, indole acetic acid (IAA), HCN, ammonia, and siderophore production of the two strains were assessed in vitro. Potential applicability of the strains as bio-inoculants was also evaluated in pot experiments conducted under green house conditions. Phosphate solubilization measured as the amount of phosphorous released into the medium was recorded as 810 and $788{\mu}g\;ml^{-1}$ respectively by P. agglomerans and P. rodasii. Glucose at the rate of 2% was found be the best carbon source, while $(NH_4)_2SO_4$ was the best nitrogen source for both strains. Despite a slight decrease in phosphate solubilization observed at higher temperature, pH and salt concentrations, both strains could withstand against a range of temperature ($30-35^{\circ}C$), pH (7-9) and the presence of NaCl (up to 5%) without much compromising the phosphate solubilization. Different plant growth promoting traits (ACC deaminase activity, IAA, HCN, ammonia, and siderophore production) of the strains and their ability to promote the growth of green gram seedlings indicate that both strains possess high potential to be used as bio-inoculants.
Phosphorous (P) is considered to be one of the key essential elements demanded by crop plants. Approximately 70 - 90% of phosphatic fertilizers applied to crops are fixed in soil as Ca, Fe, and Al metal cations, which are insoluble and thus not readily available for plant uptake. Therefore, most soils are deficient in plant available P. This is usually rectified by applying phosphate fertilizers continuously, although this is not economically viable or environmentally acceptable. The present paper reviews the mechanisms involved with phosphate solubilization and mineralization by phosphate solubilizing microorganisms (PSMs) with the associated factors that determine the success. PSMs are effectively involved in mediating the bioavailability of soil P. Their contribution includes mineralization of organic P solubilization of inorganic P minerals, and storing sizable amounts of P in biomass through different mechanisms such as the production of organic and inorganic acids, H2S, siderophores, exopolysaccharides, and production of enzymes such as phosphatases, phytase, and phosphonatases/C-P lyases, which are capable of chelating the metal ions, forming complexes, and making plant available P. PSMs manifest a wide range of metabolic functions in different environments, resulting in significantly higher plant growth, enhanced soil properties, and increased biological activities. Therefore, development of bio-inoculants with efficient novel PSM strains and further investigations on exploring such strains from diverse ecological niches with multifunctional plant-growth-promoting traits are needed.
Pantoea agglomerans immobilized in alginate solubilized four different rock phosphates efficiently under in vitro conditions. The solubilization pattern differed according to the rock phosphate source, where maximum solubilization of Morocco and Tunisia rock phosphates (215.6 and $186.1mg\;P\;L^{-1}$) on 6 days, Israel rock phosphate ($60.98mg\;P\;L^{-1}$) and tricalcium phosphate ($132.3mg\;P\;L^{-1}$) on 10 days and China rock phosphate ($48.8mg\;P\;L^{-1}$) on 12 days after inoculation was observed. The shelf life of the immobilized bacteria immobilized beads stored in two different temperatures was studied for six months. Beads stored at both room temperature as well as cold storage ($4^{\circ}C$) were found equally good in supporting the bacterial population as well as phosphate solubilizing activity. P. agglomerans immobilized in alginate might be exploited for large scale biosolubilization of rock phosphates intended for fertilizer use.
Soil samples collected from abounded mines of Boryeong area in South Korea were used in isolating bacterial strains and their capacity to solubilize inorganic phosphates and heavy metal tolerance were assessed in vitro. Three different inorganic phosphate sources (Ca phosphate, Fe phosphate, and Al phosphate) and four different heavy metals (Co, Cd, Pb and Zn) each with three concentrations ($100{\mu}g\;mL^{-1}$, $200{\mu}g\;mL^{-1}$, and $400{\mu}g\;mL^{-1}$) were used. The bacterial isolates PSB-1, PSB-2, PSB-3, and PSB-4 solubilized significantly higher amount of Ca phosphate during the first five days of incubation though subsequent drop in soluble phosphorus level in the medium was observed at the later stage (after 5 days) of the incubation. Solubilization of Ca phosphate and Fe phosphate was concomitant with the acidification of the culture medium compared to the control where it remained constant. Isolated strains could solubilize Fe phosphate to certain extent ($25-45{\mu}g\;mL^{-1}$) though solubilization of Al phosphate was found negligible. All the isolates were tolerant to heavy metals (Cd, Pb, and Zn) up to the concentration of $400{\mu}g\;mL^{-1}$ except PSB-1 and PSB-8, which were shown to be vulnerable to Co even at $100{\mu}g\;mL^{-1}$. Heavy metal tolerant strains should be further evaluated for plant growth promoting activities also under field conditions in order to assess their agricultural and environmental significance.
Phosphate-solubilizing microorganisms were isolated from agricultural area in Korea, and the solubilizing potential of microorganisms was evaluated in vitro. Of the several microorganisms Pseudomonas putida, Penicillium sp., and Aspergillus niger showed solubilization in all phosphatic compounds such as hydroxyapatite, tricalcium phosphate, aluminium phosphate and rock phosphate tested. Inorganic P solubilization was directly related to the pH drop by each microorganisms. Aspergillus niger was found to be more active in solubilizing phosphate than Pseudomonas putida and Penicillium sp.. The maximum concentration of phosphorus released from each of aluminium phosphate, hydroxyapatite and tri-calcium phosphate by Aspergillus niger in liquid culture was 776ppm, 665ppm and 593ppm, respectively when $KNO_3$ was added as nitrogen source. For rock phosphate, it was 411ppm with ammonium sulfate as nitrogen source.
Among the major nutrients, phosphorus is by far the least mobile and available to plants in most soil conditions. A large portion of soluble inorganic phosphate applied to soil in the form of phosphate fertilizers is immobilized rapidly and becomes unavailable to plants. To improve the plant growth and yield and to minimize P loss from soils, the ability of a few soil microorganisms converting insoluble forms into soluble forms for phosphorus is an important trait in several plant growth-promoting microorganisms belonging to the genera Bacillus and Pseudomonas and the fungi belonging to the genera Penicillium and Aspergillus in managing soil phosphorus. The principal mechanism of solubilization of mineral phosphate by phosphate solubilizing bacteria (PSB) is the release of low molecular weight organic acids such as formic, acetic, propionic, lactic, glycolic, fumaric, and succinic acids and acidic phosphatases like phytase synthesized by soil microorganisms in soil. Hydroxyl and carboxyl groups from the organic acids can chelate the cations bound to phosphate, thereby converting it into soluble forms.
The growth conditions of Pantoea aggicmerans, a phosphate solubilizing organism, were studied In our laboratory to determine the optimal conditions. Pantoea aggionerans showed the highest growth rate at 30$\^{C}$, pH 7.0 and 2 vvm, after 50 h cultivation. A certain relationship between pH and phosphate concentration was evident when the glucose concentration in the me dium was changed. Increasing glucose concentration increased the pH buffer action of the broth. At glucose concentrations higher than the optimum concentration of 0.2 M, the cell growth was retarded. P. agglomerans consumed glucose as a substrate to produce organic acids which caused the pH decrease in the culture medium. The phosphate concentration in the medium was increased by the presence of the organic acids, which solubilized insoluble phosphates such as hydroxyapa-tite.
Phosphate-solubilizing microorganisms were isolated from soil around Kyungnam and Kyungbook regions using potato dextrose agar-calcium phosphate medium. A fungus with the greatest phosphate-solubilizing activity was selected and identified to Aspergillus sp. PS-104, based on the morphological characteristics of conidiophore and conidia; unbranching type of conidiophore, terminally swelling of conidiophore and septate of mycelium, in malt extract agar and potato dextrose agar media. The optimum temperature and initial pH to solubilize rock phosphate in potato dextrose broth-rock phosphate medium were $30^{\circ}C$ and pH 7.0, respectively. In these optimum conditions, phosphate-solubilizing activities of Aspergillus sp. PS-104 against four twos of insoluble phosphate, tricalcium phosphate, aluminium phosphate, hydroxyapatite and rock phosphate, were quantitatively determined. As result, the maximum phosphate-solubilizing activity was obtained with tricalcium-phosphate (1,900 ppm) while minimum activity was obtained with hydroxyapatite (320 ppm). Futhermore, phosphate-solubilizing activity of Aspergillus sp. PS-104 was found higher when treated with nitrates as compared to the ammonium salts as a nitrogen sources.
bacterium having high abilities to solubilize in-organic phosphate was isolated from cultivated soils. The strain was identified as Aeromonas hydrophila DA33, based on the physiological and biochemical properties. The optimum temperature and initial pH to solubilize insoluble phosphate in sucrose minimal medium were 3$0^{\circ}C$ and pH 5.0, respectively. In these conditions, phosphate-solubilizing activities of the strain against two types of insoluble phosphate were quantitatively determined. When glucose was used for carborn source, the strain had a marked mineral phospahte solubilizing activity. Inorganic phospahte solubilization was directly related to the pH drop by the strain. Analysis of the culture medium confirmed the production of gluconic acid as the main organic acid released by Aeromonas hydrophila DA33.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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