Kim, Hee Sook;Lee, Song Min;Oh, Ka-Yoon;Kim, Ji-Youn;Lee, Kwang Hui;Lee, Sang-Hyeon;Jang, Jeong Su
Journal of Applied Biological Chemistry
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v.64
no.4
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pp.333-341
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2021
In this study, to select strains suitable as microbial agent from among rhizosphere microorganisms present in rhizosphere soil and roots, the mineral solubilization ability, antifungal activity against 10 types of plant pathogenic fungi, and plant growth-promoting activity of rhizosphere microorganisms were evaluated. As a result, DDP346 was selected because it has solubilization ability of phosphoric acid, calcium carbonate, silicon, and zinc; nitrogen fixing ability; production ability of siderophore, indole-3-acetic acid, and aminocyclopropane-1-carboxylate deaminase; and antifungal activity against seven types of plant pathogenic fungi. DDP346 showed a 99.9% homology with Acinetobacter pittii DSM 21653 (NR_117621.1); phylogenetic analysis also revealed a close relationship with Acinetobacter pittii based on the 16S rRNA base sequence. The growth conditions of DDP346 were identified as temperatures in the range of 10-40 ℃, pH in the range of 5-11, and salt concentrations in the range of 0-5%. In addition, a negative correlation coefficient (r2 = -0.913, p <0.01) was shown between pH change and the solubilized phosphoric acid content of Acinetobacter sp. DDP346, and this is assumed to be due to the organic acid generated during culture. Consequently, through the evaluation of its mineral solubilization ability, antifungal activity against plant pathogenic fungi, and plant growth-promoting activity, the potential for the utilization of Acinetobacter sp. DDP346 as a multi-purpose microbial agent is presented.
The biocontrol agent Serratia plymuthica A21-4 was selected and proved as an excellent inhibitor of Phytophthora blight of pepper through in vitro and in vivo experiments in previous studies. To enhance the colonizing density of S. plymuthica A21-4 on plant root and rhizosphere soil, some soil conditions might effect on the colonization of the bacteria were examined. The results obtained from the study indicated that the soils containing more sand were favorable to root colonization of S. plymuthica A21-4. Organic amendment such as 3% maize straw(w/w) was helpful to colonize the bacteria in root and soil. The soil temperature about $20^{\circ}C$, water content around 40%, and soil pH near to neutral or slightly acidic, were optimum condition for the colonization of S. plymuthica A21-4 in the rhizosphere soil and roots of pepper. In addition, existence of indigenous biotic entities was beneficial to the colonization of S. plymuthica A21-4.
Land subsidence induced by underground coal mining leads to severe ecological and environmental problems. Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) have the potential to improve plant growth and soil properties. We aimed to assess the effects of AMF on the growth and soil properties of sea buckthorn under field conditions at different reclamation times. Inoculation with AMF significantly promoted the survival rate of sea buckthorn over a 50-month period, while also increasing plant height after 14, 26, and 50 months. Crown width after 14 months and ground diameter after 50 months of inoculation treatment were significantly higher than in the uninoculated treatment. AMF inoculation significantly improved plant mycorrhizal colonization rate and promoted an increase in mycelial density in the rhizosphere soil. The pH and electrical conductivity of rhizosphere soil also increased after inoculation. Moreover, after 26 and 50 months the soil organic matter in the inoculation treatment was significantly higher than in the control. The number of inoculated soil rhizosphere microorganisms, as well as acid phosphatase activity, also increased. AMF inoculation may play an active role in promoting plant growth and improving soil quality in the long term and is conducive to the rapid ecological restoration of damaged mining areas.
The root rot of pepper (Capsicum annuum L.) caused by Phytophthora capsici is one of the most important diseases affecting this crop worldwide. This work presents the evaluation of the capacity of Streptomyces griseus H7602 to protect pepper plants against Phytophthora capsici and establishes its role as a biocontrol agent. In this study, we isolated an actinomycete strain H7602 from rhizosphere soil, identified it as Streptomyces griseus by 16S rRNA analysis and demonstrated its antifungal activity against various plant pathogens including P. capsici. H7602 produced lytic emzymes such as chitinase, ${\beta}$-1,3-glucanase, lipase and protease. In addition, crude extract from H7602 also exhibited destructive activity toward P. capsici hyphae. In the pot trial, results showed the protective effect of H7602 against pepper from P. capsici. Application of H7602 culture suspension reduced 47.35% of root mortality and enhanced growth of pepper plants for 56.37% in fresh root and 17.56% g in fresh shoot as compared to control, resulting in greater protection to pepper plants against P. capsici infestation. Additionally, the enzymatic activities, chitinase and ${\beta}$-1,3-glucanase, were higher in rhizosphere soil and roots of pepper plants treated with H7602 than other treated plants. Therefore, our results indicated a clear potential of S. griseus H7602 to be used for biocontrol of root rot disease caused by P. capsici in pepper.
Kim, Kwon-Rae;Owens, Gary;Naidu, Ravi;Kim, Kye-Hoon
Korean Journal of Soil Science and Fertilizer
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v.41
no.1
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pp.55-64
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2008
A detailed understanding and appreciation of the important mechanisms operating at the soil:root interface, commonly identified as the rhizosphere, is critical for evaluating the potential for particular plant species to be successfully used as part of a phytoremediation technique. For specific plants, mechanisms may exist to overcome the inherit limitation of the phytoremediation technique when poorly mobile soil metals are of interest. In the present study, the influence of root exudates on the rhizosphere chemistry of soil and consequential metal uptake were investigated following culture of vetiver grass (Vetiveria zizanioides), recognized as a promising plant for land stabilization, in three different long-term contaminated soils and one non-contaminated control soil. The soil solution pH increased (0.3-1.1 units) following vetiver grass culture and dissolved organic carbon (DOC) also significantly increased in all soils with the highest increase in PP02 (23 to $173mg\;L^{-1}$). Chemical changes are contributed to root exudation by vetiver grass when exposed to high concentration of heavy metals. Chemical changes, consequently, influenced metal (Cd, Cu, Pb, and Zn) solubility and speciation in the rhizosphere. The highest solubility was observed for soil Ko01 (eg. 2091 and $318{\mu}g\;L^{-1}$ for Cd and Pb, respectively). Initial heavy metal solubility in soils varied with soil and either increased or decreased following vetiver grass culture depending on the soil type. An increase in pH following plant culture generally resulted in a decrease in metal solubility, while elevated DOC due to root exudation resulted in an increase in metal solubility via the formation of metal-DOC complexes. Donnan speciation demonstrated a significant decrease in free Cd and Zn in the rhizosphere and the concentration of Cd, Pb, and Zn in vetiver grass shoot was highly correlated with soluble concentration rather than total soil metal concentration.
Yoo, Sung-Je;Lee, Shin Ae;Weon, Hang-Yeon;Song, Jaekyeong;Sang, Mee Kyung
Korean Journal of Environmental Agriculture
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v.40
no.1
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pp.49-59
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2021
BACKGROUND: Soil salinity causes reduction of crop productivity. Rhizosphere microbes have metabolic capabilities and ability to adaptation of plants to biotic and abiotic stresses. Plant growth-promoting bacteria (PGPB) could play a role as elicitors for inducing tolerance to stresses in plants by affecting resident microorganism in soil. This study was conducted to demonstrate the effect of selected strains on rhizosphere microbial community under salinity stress. METHODS AND RESULTS: The experiments were conducted in tomato plants in pots containing field soil. Bacterial suspension was inoculated into three-week-old tomato plants, one week after inoculation, and -1,000 kPa-balanced salinity stress was imposed. The physiological and biochemical attributes of plant under salt stress were monitored by evaluating pigment, malondialdehyde (MDA), proline, soil pH, electrical conductivity (EC) and ion concentrations. To demonstrate the effect of selected Bacillus strains on rhizosphere microbial community, soil microbial diversity and abundance were evaluated with Illumina MiSeq sequencing, and primer sets of 341F/805R and ITS3/ITS4 were used for bacterial and fungal communities, respectively. As a result, when the bacterial strains were inoculated and then salinity stress was imposed, the inoculation decreases the stress susceptibility including reduction in lipid peroxidation, enhanced pigmentation and proline accumulation which subsequently resulted in better plant growth. However, bacterial inoculations did not affect diversity (observed OTUs, ACE, Chao1 and Shannon) and structure (principle coordinate analysis) of microbial communities under salinity stress. Furthermore, relative abundance in microbial communities had no significant difference between bacterial treated- and untreated-soils under salinity stress. CONCLUSION: Inoculation of Bacillus strains could affect plant responses and soil pH of tomato plants under salinity stress, whereas microbial diversity and abundance had no significant difference by the bacterial treatments. These findings demonstrated that Bacillus strains could alleviate plant's salinity damages by regulating pigments, proline, and MDA contents without significant changes of microbial community in tomato plants, and can be used as effective biostimulators against salinity stress for sustainable agriculture.
Microorganisms that live in the rhizosphere play a pivotal role in the functioning and maintenance of soil ecosystems. The study of rhizospheric cyanobacteria has been hampered by the difficulty to culture and maintain them in the laboratory. The present work investigated the production of the plant hormone indole-3-acetic acid (IAA) and the potential of biofilm formation on the rhizoplane of pea plants by two cyanobacterial strains, isolated from rice rhizosphere. The unicellular cyanobacteria Chroococcidiopsis sp. MMG-5 and Synechocystis sp. MMG-8 that were isolated from a rice rhizosphere, were investigated. Production of IAA by Chroococcidiopsis sp. MMG-5 and Synechocystis sp. MMG-8 was measured under experimental conditions (pH and light). The bioactivity of the cyanobacterial auxin was demonstrated through the alteration of the rooting pattern of Pisum sativum seedlings. The increase in the concentration of L-tryptophan and the time that this amino acid was present in the medium resulted in a significant enhancement of the synthesis of IAA (r > 0.900 at p = 0.01). There was also a significant correlation between the concentration of IAA in the supernatant of the cyanobacteria cultures and the root length and number of the pea seedlings. Observations made by confocal laser scanning microscopy revealed the presence of cyanobacteria on the surface of the roots and also provided evidence for the penetration of the cyanobacteria in the endorhizosphere. We show that the synthesis of IAA by Chroococcidiopsis sp. MMG-5 and Synechocystis sp. MMG-8 occurs under different environmental conditions and that the auxin is important for the development of the seedling roots and for establishing an intimate symbiosis between cyanobacteria and host plants.
Application of compost to vineyards reduced nitrogen absorption into vine roots, increased soil nitrogen content, soil pH, soil organic matter, and fine roots density. Long pruning reduced the growth of 'Campbell Early' of Wakeman's training system. Maintaining proper vine shape was very difficult because long pruning decreased the vine growth. In conclusion, the application of compost to 'Campbell Early', 'Kyoho', 'Sheridan' vineyard decreased vine growth, increased soil organic matter, soil pH and favored the rhizosphere condition and the growth of fine roots increased.
Understanding soil microbial community structure in the Arctic is essential for predicting the impact of climate change on interactions between organisms living in polar environments. The hypothesis of the present study was that soil microbial communities and soil chemical characteristics would vary depending on their associated plant species and local environments in Arctic mature soils. We analyzed soil bacterial communities and soil chemical characteristics from soil without vegetation (bare soil) and rhizosphere soil of three Arctic plants (Cassiope tetragona [L.] D. Don, Dryas octopetala L. and Silene acaulis [L.] Jacq.) in different local environments (coal-mined site and seashore-adjacent site). We did not observe any clear differences in microbial community structure in samples belonging to different plant rhizospheres; however, samples from different environmental sites had distinct microbial community structure. The samples from coal-mined site had a relatively higher abundance of Bacteroidetes and Firmicutes. On the other hand, Acidobacteria was more prevalent in seashore-adjacent samples. The relative abundance of Proteobacteria and Acidobacteria decreased toward higher soil pH, whereas that of Bacteroidetes and Firmicutes was positively correlated with soil pH. Our results suggest that soil bacterial community dissimilarity can be driven by spatial heterogeneity in deglaciated mature soil. Furthermore, these results indicate that soil microbial composition and relative abundance are more affected by soil pH, an abiotic factor, than plant species, a biotic factor.
Kim, Kwon-Rae;Owens, Gary;Naidu, Ravi;Kim, Kye-Hoon
Korean Journal of Soil Science and Fertilizer
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v.40
no.4
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pp.280-291
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2007
Much research has been conducted in the field of phytoremediation since the discovery of the range of plants known as hyperaccumulators. Research has focused simultaneously on elucidating the mechanism of metal(loid) accumulation and development of practical techniques to enhance accumulation efficiency. To date, it is generally understood that there are five specific mechanisms employed by hyperaccumulating plant species that are either not or under utilized by non-hyperaccumulators. These include 1) enhanced metal(loid)s uptake through the root cell, 2) enhanced translocation in plant tissue, 3) detoxification and sequestration, 4) enhanced metal availability in soil:root interface, and 5) active root foraging toward metal(loid) enriched soils. Among these mechanisms, understanding of the plant-root effect on metal(loid) dynamics and subsequent plant uptake is vital to overcome the inherit limitation of phytoremediation caused by low metal(loid) solubility in soils. Plant roots can influence the soil chemistry in the rhizosphere through changes in pH and exudation of organic compounds such as low-molecular-weight organic acids (LMWOAs) which consequently change metal(loid) solubility. The decrease in soil pH by plant release of $H^+$ results in increased metal solubility. Elevated levels of organic compounds in response to high metal soil concentrations by plant exudation may also increases metal concentration in soil solution through formation of organometallic complexes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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