V. Vančura

Formation of biologically active substances by rhizosphere bacteria and their effect on plant growth

Nine out of seventeen strains of bacteria with a pronounced effect on seed germination and on seedling growth, isolated from root surfaces and rhizosphere soil of maize, were selected for a study on the formation of biologically active substances. β-Indole acetic acid (45–72 μg/1.000 ml) was produced by four strains, gibberelline-like substances (1.0–60.0 μg/1.000ml) by all strains, biotin and pantothenic acid by the majority of strains and nicotinic acid by five strains. Amino acids were formed by all strains but in low amounts. Four strains produced growth inhibitors. The highest amounts of biologically active substances were found in cultures ofPseudomonas fluorescens andBacillus brevis. The various cultures ofPseudomonas fluorescens differed in their capability to produce biologically active substances. The majority of bacterial cultures or their supernatants significantly stimulated the germination of seeds and some of them significantly affected the growth of plants. Inoculation of maize seeds with strainsPseudomonas fluorescens andChromobacterium violaceum significantly increased the yield of dry matter of plants.

The effect of Foliar application of some readily metabolized substances, growth regulators and antibiotics on Rhizosphere microflora

SummaryThe effect of foliar application on the microflora of the wheat root surface grown in nutrient solutions was studied, particularly with respect to the effect of nutrients absorbed and metabolized by the plant (urea, phosphate), of growth regulators (2-methyl-4-chlorphenoxyacetic acid and 2,4-dichlorophenoxyacetic acid) and of antibiotics (chlortetracycline and chloramphenicol). The effect of these substances was more pronounced in influencing the growth of roots than the growth of overground parts. No relationship could be established between the effect on wheat growth and the microbial count on the roots. The bacterial count of the root surface was decreased on applying triiodobenzoic acid and especially on applying chloramphenicol. In the other cases an increase in the number of bacteria was observed, most marked after the application of urea. An indirect proportionality seems to exist between the effect on fungi and on bacteria. After the foliar application of triiodobenzoic acid and chloramphenicol the number of fungi on roots was strikingly higher, while after urea it decreased.Foliar application of triiodobenzoic acid and chloramphenicol was reflected in qualitative changes in the composition of the bacterial flora of the root surface with respect to the occurrence of morphological and nutritional groups and groups with different physiological properties. Quantitative changes in root excretion, particularly on applying chloramphenicol, were observed.The applicability of foliar treatment as a means of controlling rhizosphere microflora is discussed, together with problems bearing on the relationship between foliar application and the rhizosphere effect.Abstractлсследовалось действие на микроϕлору поверхности корней пшеницы, выращиваемой в питательных растворах, внекорневой подкормки следующими веществами: питательные вещества, абсорбируемые и метаболиэируемые растением (мочевина, ϕосϕат), регуляеоры роста (2-метил-4-хлорϕеноксиук сусная кислота и 2,4-дичлорϕеноксиуксус ная кислота) и антибиотики (хлортетрациклин и хлорамϕеникол). Действие этих веществ проявлялось более выраэительно на росте корней, чем на росте листьев. Не наблюдалось корреляции между действием на рост пшеницы и числом микроограниэмов на корнях.Число бактерий на корнях понижалось после применения трийодбенэойной кислоты, а в особенности -хлорамϕеникола. В остальных случаях наблюдалось повышение числа бактерий, наиболее эначительное после нанесения на листья мочевины. Обнаружепа обратная эависимость между действием этих веществ на бактерии и на грибки: после нанесения па лист трийодбенэойрой кислоты или хлорамϕеникола число грибков на корнях было гораэдо больше, после обработки листьев мочевиной ниже.Обработка листьев трийодбенэойной кислотой и хлорамϕениколом отражалась на качестиенных иэменениях состава бактерийной ϕлоры поверхрости корней, а именно на составе морϕологических и троϕических групп и групп с раэличными ϕиэиологическими особенностями. Равным обраэом, были отмечены количественные иэменения в корневых выделениях -в особенности после обработки хлорамϕениколом.Обсуждаются воэможности применения внекорневой подкормки как средства контроля микроϕлоры риэосϕеры, а также вопросы, свяэанные с действием этого мероприятия на эϕϕект риэосϕеры.

Indole derivatives in Azotobacter cultures

SummaryLiquid and soil cultures of Azotobacter contain physiologically active substances, some of them being thermostable.The quantity of physiologically active substances depends on the Azotobacter strain and on the age of the culture. Special attention was devoted to heteroauxin. β-Indoleacetic acid and another unidentified growth factor were detected by means of paper chromatography and biological tests. β-Indoleacetic acid is transformed by older cultures to indole-3-carbonic acid. The results obtained are discussed from the point of view of the effect of Azotobacter cultures on plant growth.AbstractВ культурах азотобактера и его почвениых препатах содержатся ϕизиологически активные вещества, частькоторых термостабильна. Количество ϕизиологически активных веществ зависит от штамма азотобактера и от возраста культур. Особое внимание посRящалось гетероауксину. С помощью разделительной хроматограϕии на бумаге и биологического теста было доказано присутствие β-индолуксусной кислоты и еще однго, пока не идентиϕицированног о, ϕакгора роста. β-индолуксусная кислота в старых культурах превращается в индол-З-карбоновую кислоту. Полученные результаты обсуждаются с точки зрения влияния культур азотобактера на рост растений.

Fluorescent Pseudomonads in the Rhizosphere of Plants and Their Relation to Root Exudates

Fluorescent pseudomonads were present in chernozem soil not influenced by plant roots (103–104 per g dry soil), in the rhizosphere soil of various plants (104–105 per g soil) and on roots (103 to 107 per g fresh roots), depending on the species and age of the plant. Relative species representation of fluorescent pseudomonads changed on the roots and in the plant rhizosphere as compared with free soil.Pseudomonas fluorescens, representing 60–93 % of the population of fluorescent pseudomonads predominated on the roots of all plants investigated. Somewhat different results were obtained in rhizosphere soil. Relatively higher numbers ofP. fluorescens were detected in the rhizosphere soil of cucumber and maize, numbers in the rhizosphere soil of wheat were practically the same as in free soil and higher numbers ofP. putida were found in the rhizosphere soil of barley. Almost all components contained in the root exudates of the plants studied, including β-pyrazolylalanine from the root exudates of cucumbers were utilized as carbon and energy sources. Root sxudates of wheat and maize were utilized by the strainP. putida K2 with an efficiency of 73–91%, depending on species and age of the plant.

Azotobacter andBeijerinckia in the soils and rhizosphere of plants in Egypt

The rhizosphere effect onAzotobacter was studied under the conditions of the abundant occurrence of this microorganism in Egyptian soils. The rhizosphere effect did not differ essentially from the description of this phenomenon in the literature, however; in Egyptian soils, colony counts ofAzotobacter in the rhizosphere of certain plants reached up to 107/g. soil.Beijerinckia indica was found in the soils of the Kharga Oasis. This microorganism occurred more abundantly in the rhizosphere of alfalfa than in free soil. The implications of the results were discussed.AbstractИзучался ризосферный эффект азотобактера в условиях почв Египта, где он встречается в изобилии. Характер эффекта ризосферы, по существу, не отличается от описаний этого явления в литературе, но в почвах Египта у некоторых растений азотобактер встречался в количестве до 107 клеток на 1 г почвы.Beijerinckia indica была найдена в почвах оазиса Харга. В ризосфере люцерны этот микроорганизм встречался в более значительном количестве, чем в свободной почве.

The relation ofAzotobacter to the root system of barley

SummaryWe investigated the incidence ofAzotobacter on barley roots and in the rhizosphere soil and the influence of bacterization of seeds by various strains on the amount ofAzotobacter and the crop yields of barley. We used standard and freshly isolated strains and strains which were subjected to long-term repeated cultivation with growing barley roots (so-called passaging) and which were adapted in different ways to the root system of barley.We confirmed that by bacterization of seeds the numbers ofAzotobacter in the rhizosphere are increased. On the roots of plants adapted (passaged) strains ofAzotobacter frequently develop better than the original strains, while in the rhizosphere soilAzotobacter is sometimes more abundant after bacterization with the original strains. We have proved that there are significant differences in the influence of individual strains ofAzotobacter on the plant. We did not record a direct relationship between the numbers ofAzotobacter and its influence on the grain yield.Owing to the considerable natural variability of the distribution ofAzotobacter on roots and in the soil, we always analysed ten combined samples and used the average values. For evaluation of the results of the numbers ofAzotobacter in the rhizosphere soil we used the analysis of variance. We evaluated the individual stages of growth of the plants separately and defined orthogonal contrasts for a more detailed evaluation of the differences recorded.AbstractМы расследование случаев Azotobacter о корнях и ячменя в rhizosphere почвы и влияние bacterization семян различных шта ммов на сумму в Azotobacter и урожайность сельск охозяйственных куль тур ячмень. Мы исполь зовали стандартные и свежевыжатые изол ированных штаммов и штаммов, которые бы ли подвергнуты к дол госрочным неоднокра тные культивировани я с ростом корней ячм еня (так называемые passaging) и которые были адапт ированы в разных пути корневой систе мы ячменя. Мы подтве рдили, что, по bacterization Семена номера Azotobacter в rhizosphere растут. На корнях растений, адаптиров анных (passaged) штаммов Azotobacter часто лучше, чем разрабатывать оригинал штаммов, в то время как в rhizosphere почв Azotobacter иногда больше изобилии после bacterization с пе рвоначальным штаммов. Мы доказали, что существует значительные разли чия в влияние индивидуальных шта ммов Azotobacter о растений. Мы не запись прямого отношения между чис лом Azotobacter и ее влияние на урож айность зерна Из-за значительной естественной измен чивости о распредел ении Azotobacter в корни и в поч ву, мы вс егда анализи руются комбинирован ные де сять образцов и испо льзуется в среднем ценностей. Для оценк и результатов от числа Azotobacter в rhizosphere почвы мы использова ли анализ дисперсии Мы проверили отдель ных этапах роста рас тений и определяется отдельно ортогонал ьных контрастов для более подробного оценка различий в отчет.

The effect of root excretions on Azotobacter

SummaryThe effect of barley and wheat root excretions and their fractions on growth and on the fixation of nitrogen by Azotobacter was studied. It was found that barley and wheat root excretions can be utilized by Azotobacter as a source of carbon and energy. The suitability of root excretions for Azotobacter depends on the culture conditions and on the strain of Azotobacter.When studying the organic acid fraction, the amino acid fraction and the sugar fraction of barley and wheat root excretions, it was found that the organic acid fraction was utilized best. When this fraction was present in the medium the Azotobacter grew immediately, without a lag phase. Of the sugar fraction, galactose and fructose were utilized preferentially by the test strain of Azotobacter; glucose and maltose were also utilized. The amino acid fraction inhibited growth of Azotobacter under stationary conditions. In stirred cultures, Azotobacter grew well in media containing the amino acid fraction, growth being stimulated in the initial phases, by amino acids containing sulphur.Under stationary culture conditions, Azotobacter did not grow in media containing root excretions as the only source of energy. In media containing glucose, high concentrations of root excretion inhibited the fixation of molecular nitrogen by Azotobacter.AbstractИзучалося влияние корневых выделений ячменя и пшеницы, а также их фракций, на рост и фиксацию молекулярного азота азотобактером. Было установлено, что корневые выделения ячменя и пшеницы могут—в зависимости от условий культивирования— служить для азотобактера источником углерода. При условии аэрации или перемешивании культивационной среды азотобактер способен очень хорошо использовать корневыея выделени ячменя и пшеницы в качестве единственного источника углерода, но в стационарных условиях культивирования в присутствии этих выделений азотобактер— в зависимости от штамма—растет очень слабо или вовсе не растет.И в присутствии глюкозы в перемешиваемой культуре даже 1,5% концентрация корневых выделенийстимулирует рост азотобактера, тогда как в стационарной культуре его рост резко подавляется даже в 10 раз более низкими концентрациями. В стационарной среде с глюкозой корневые выделения стимулируют фиксацию молекулярного азота азотобактером вплоть до концентрации 0,05% этих выделений, тогда как при более высоких концентрациях наблюдается угнетение фиксации азота.Изучение фракции органических кислот, аминокислот и сахаров из корневых выделений ячменя и пшеницы показало, что лучше всего используется фракция органических кислот. В их присутствии в среде азотобактер растет без „лаг”-фазы. Из фракции сахаров в выделениях корней исследуемый штамм азотобактера лучше всего использовал галактозу и фруктозу. Он хорошо рос также в присутствии глюкозы и мальтозы, тогда как в присутствии пентоз и метилированных сахаров он рос слабо.Если в культивационной среде имелись фракции аминокислот из выделений корней ячменя и пшеницы, азотобактер в перемешиваемой культуре рос хорошо, но в стационарной культуре почти не рос. В присутствии глюкозы и фракции аминокислот в перемешиваемой культуре наблюдается стимулирование роста, в особенности в начальных его фазах, в стационарных же условиях культивирования фракция аминокислот угнетает и рост, и фиксацию молекулярного азота.Стимулирующее действие аминокислотной фракции на рост азотобактера в начальных стадиях культивировании при перемешивании можно обьяснить влиянием аминокислот, содержащих серу и находящихся в выделениях корней ячменя и пшеницы.Сравнение влияния на рост фракции аминокислот в различных условиях культивирования с влиянием корневых выделений и фракции сахаров и органических кислот показывает, что в выделениях корней ячменя и пшеницы имеются также угнетающие вещества, присутствующие в фракции амниокислот, термолабильные и полностью проявляющиеся только в статических условиях культивирования. В условиях аэрации или перемешивания культуры азотобактер в их присутствии может хорошо произрастать.

Control of microorganisms in the rhizosphere of wheat by inoculation of seeds withPseudomonas putida and by foliar application of urea

After inoculation of wheat seeds with various bacterial strains germination of plants was usually inhibited at first but growth was stimulated later. After inoculation withPseudomonas putida K 11 producing physiologically active compounds the total number of bacteria increased together with the bacteria: fungi ratio in the rhizosphere. These characteristic were further increased after foliar application of urea due to increased root exudation. Dry mass of upper wheat parts was about 15 — 80 % higher in green-house experiments, in which the plants were treated in the two above ways. More reliable results, were usually obtained by bacterization ofP. putida and foliar application of urea as compared with the situation when the seeds were inoculated without the foliar application or, on the contrary, after foliar application without inoculation of the seeds. Only when urea was applied early and in a soil contaminated with the fungusGaeumannomyces graminis var.tritici (causing “take-all” of the wheat) no favourable results could be detected. In these cases the foliar application without inoculation of the seeds was more successful. Symptoms of the disease of wheat roots caused byG. graminis were less frequently observed after the inoculation of the seeds with the strainP. putida K 11 and after the foliar application of urea.

Microorganisms in the rhizosphere of wheat colonized by the fungusGaeumannomyces graminis var.tritici

The population of microorganisms in wheat rhizosphere changed in the presence of the fungusGaeumannomyces graminis var.tritici causing the take-all of wheat. In the majority of cases when the soil was artificially contaminated by the fungus, both the number of bacteria in the rhizosphere and the bacteria/ fungi ratio temporarily increased. At the beginning bacteria growing in the presence of NE4+ predominated, later bacteria utilizing organic N-substances prevailed.Pseudomonas fluorescens and the related species colonized the rhizosphere and the soil to a greater extent in the presence ofG. graminis. The wheat rhizosphere withG. graminis was found to contain a higher level of the slime-producing bacteriumAgrobacterium spp.; this microorganism occurred on hyphal surfaces (in hyphosphere) of bothG. graminis growing in soil andMucor spp. Changes in microbial populations in the wheat rhizosphere during the first stage of colonization byG. graminis can be partly explained by a simultaneous rhizosphere colonization by microorganisms which accompany this fungus in soil. In the period of increase in the number of bacteria in rhizosphere a temporary stimulation of wheat growth was observed.

Decomposition of glucose continuously added to soil

The continuous flow method was used to study the decomposition of uniformly tagged glucose in soil with different inorganic nitrogen and phosphorus levels. It was found that the amount of glucose carbon mineralized to carbon dioxide was higher if nitrogen and phosphorus were added together with the glucose. Some of the labelled carbon escaped from the soil and the amount of leached-out carbon was in inverse proportion to the amount of nitrogen and phosphorus in the soil. The level of mineral nutrient elements stimulated the rate of glucose mineralization in the initial phase of the continuous process. The rate of glucose mineralization in the steady state was stimulated in soil continuously enriched with glucose together with nitrogen and phosphorus. The quantitative relationship between the assimilation and oxidation of glucose carbon depended on the nitrogen and phosphorus concentration and was in inverse proportion to the mineral element level. The continuous addition of glucose stimulated decomposition of the native soil organic matter. The resultant priming effect was balanced, however, by the retention of glucose carbon in the soil, with the result that the carbon balance remained positive. The rate of glucose oxidation, the amount of carbon retained in the soil and the priming effect of glucose were strongly influenced by the flow rate.AbstractНепрерывный проточный метог был использован для изучения разложения в почве единообразно меченой глюкозы при различных уровнях неорганического азота и фосфора. Было установлено, что количество глюкозы, меченой14C и окисляемой до двуокиси углерода, находилось в прямой зависимости от содержания азота и фосфора. Значительная часть14C уходила из почвы, и количество бымываемого14C было обратно пропорционально содержанию в почве азота и фосфора. Согержание элементов минерального питания влияло на скорость минерализации глюкозы в начальной фазе непрерывного процесса, а отчасти также на скорость минерализации глюкозы в состоянии равновесия. Отношение между ассимиляцией и окислением глюкозы-14C зависело от содержания азота и фосфора и понижалось при повышении содержания минеральных элементов. Непрерывное поступление глюкозы стимулировало разложение нативного органического вещества почвы. Но результирующий priming effect перекрывался задержкой14C в почве, так что углеродныи баланс оставался положительным. Скорость протока существенно влияла на скорость окисления глюкозы, количество14C, задерживающегося в почве, и на priming effect глюкозы.