Methane, which is emitted from natural and anthropogenic sources, is a representative greenhouse gas for global warming. Methanotrophs are widespread in the environment and play an important role in the biological oxidation of methane via methane monooxygenases (MMOs), key enzymes for methane oxidation with broad substrate specificity. Methanotrophs have attracted attention as multifunctional bacteria with promising applications in biological methane mitigation technology and environmental bioremediation. In this review, we have summarized current knowledge regarding the biodiversity of methanotrophs, catalytic properties of MMOs, and high-cell density cultivation technology. In addition, we have reviewed the recent advances in biological methane mitigation technologies using methanotrophs in field-scale systems as well as in lab-scale bioreactors. We have also surveyed information on the dynamics of the methanotrophic community in biological systems and discussed the various challenges pertaining to methanotroph-related biotechnological innovation, such as identification of suitable methanotrophic strains with better and/or novel metabolic activity, development of high-cell density mass cultivation technology, and the microbial consortium (methanotrophs and non-methanotrophs consortium) design and control technology.
Underground migration of $^{54}Mn,\;^{60}Co,\;^{85}Sr\;and\;^{137}Cs$ in paddy and upland conditions was studied through two years' greenhouse experiment. At early and late growth stages of rice, soybean, Chinese cabbage and radish, a mixed solution of the radionuclides was applied to the water or soil surfaces of the culture boxes filled with an acidic loamy-sandy soil for the upper 20cm. Soil was sampled in layers upto $15{\sim}20cm$ down after harvest. Soil concentrations of the radionuclides decreased exponentially with increasing soil depth and more than 80% of the radioactivities remained in top $3{\sim}4cm$. The mobility of the radionuclides decreased in the order of $^{85}Sr>^{54}Mn>^{60}Co{\geq}^{137}Cs$. Downward migrations of the radionuclides were the greatest in rice soil and the lowest in soybean soil which was fertilized with the least amount of N, P and K. Differences in depth profiles between two application times indicate that the amount of daily migration from $0{\sim}1cm$ layer to the lower area decreases with increasing time after deposition. By a simultaneous addition of KCl and lime following the earlier application, downward migration in soybean, Chinese cabbage and radish soils changed little or retarded more or less but that in rice soil accelerated a little.
Nam, Du Sung;Lee, Joon Woo;Moon, Tae Won;Son, Jung Eek
Journal of Bio-Environment Control
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v.26
no.4
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pp.411-417
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2017
Environmental and growth factors such as light intensity, vapor pressure deficit, and leaf area index are important variables that can change the transpiration rate of plants. The objective of this study was to compare the transpiration rates estimated by modified Penman-Monteith model and artificial neural network. The transpiration rate of paprika (Capsicum annuum L. cv. Fiesta) was obtained by using the change in substrate weight measured by load cells. Radiation, temperature, relative humidity, and substrate weight were collected every min for 2 months. Since the transpiration rate cannot be accurately estimated with linear equations, a modified Penman-Monteith equation using compensated radiation (Shin et al., 2014) was used. On the other hand, ANN was applied to estimating the transpiration rate. For this purpose, an ANN composed of an input layer using radiation, temperature, relative humidity, leaf area index, and time as input factors and five hidden layers was constructed. The number of perceptons in each hidden layer was 512, which showed the highest accuracy. As a result of validation, $R^2$ values of the modified model and ANN were 0.82 and 0.94, respectively. Therefore, it is concluded that the ANN can estimate the transpiration rate more accurately than the modified model and can be applied to the efficient irrigation strategy in soilless cultures.
Bacteriolytic myxobacteria have been known to secrete various antifungal metabolites against several soilborne phytopathogens including Phytophthora. Among the three isolates of Myxococcus spp., KYC 1126 and KYC 1136 perfectly inhibited the mycelial growth of Phytophtora capsici in vitro. In order to show the biocontrol activity on Phytophthora blight of hot pepper, we tried to find the best way of application of a myxobacterial isolate. Although KYC 1126 fruiting body was easily grown on the colony of Escherichia coli as a nutrient source, it did not control the disease when it was pre-applied in soil. Before the bioassay of a liquid culture filtrate of KYC 1126 was conducted, its antifungal activity was confirmed on the seedlings applying with the mixture of the pathogen's zoospore suspension and KYC 1126 filtrate. On greenhouse experiments with five and four replications, the control value of KYC 1126 on phyllosphere and rhizosphere was 88% and 36%, respectively. Whereas, the control value of dimetnomorph+propineb on phyllosphere was 100% and that of propamorcarb on rhizosphere was 44%. There was a phytotoxicity of the myxobacterial filtrate when seedlings were washed and soaked for 24 hours. Gummy materials were covered with roots. And stem and petiole were constricted, then a whole seedling was eventually blighted.
Lee, Yong Yoon;Lee, Younmi;Kim, Young Soo;Kim, Hyun Sup;Jeon, Yongho
Research in Plant Disease
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v.26
no.1
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pp.8-18
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2020
Red pepper, one of the major economic crops in Korea, is being affected by anthracnose disease caused by Colletotrichum acutatum. To control this disease, an antagonistic bacterial strain, Bacillus subtilis YGB36 identified by 16S rDNA sequencing, physiological and biochemical analyses is used as a biological control agent. In vitro screening revealed that the strain YGB36 possess strong antifungal activity against the pathogen Cylindrocarpon destructans. The strain exhibited cellulase, protease, amylase, siderophore production and phosphate solubility. In vitro conidial germination of C. acutatum was most drastically inhibited by YGB36 cell suspensions (106 cfu/ml) or culture filtrate. Development of anthracnose symptoms was reduced on detached immature green pepper fruits by treatment with cell suspensions, and its control value was recorded as 65.7%. The YGB36 bacterial suspension treatment enhanced the germination rate of red pepper seeds and promoted root development and growth under greenhouse conditions. The in vitro screening of fungicide and insecticide sensitivity test against YGB36 revealed that the bacterial growth was not affected by any of the insecticides, and 11 fungicides out of 21 used. Collectively, our results clearly suggest that the strain YGB36 is considered as one of the potential biocontrol agents against anthracnose disease in red pepper.
The effects of a simultaneous application of KCl and lime on the root uptake of $^{54}Mn,\;^{60}Co,\;^{85}Sr\;and\;^{137}Cs$ by rice, soybean, Chinese cabbage and radish were investigated through 2 years' greenhouse experiments. At their early growth stages, a mixed solution of the radionuclides was applied to the water or soil surfaces of the culture boxes filled with an acidic loamy-sandy soil for the upper 20cm and $83g/m^2$ of fertilizer KCl and $200g/m^2$ of slake lime were applied to the surfaces. Distribution of radioactivities among plant parts and change in uptake pattern with plant species were not, on the whole, significantly affected by the application. It reduced effectively soil-to-plant transfer factors of $^{85}Sr\;and\;^{137}Cs$ for rice, of all for Chinese cabbage and of $^{54}Mn,\;^{60}Co,\;and\;^{137}Cs$ for radish without their growth inhibition. In rice, $^{85}Sr$ showed the highest decrease $({\sim}60%)$ while, in Chinese cabbage and radish, $^{54}Mn$ did $({\sim}80%)$. The exprimental results can become valuable reference data to establish countermeasures against a radioactive contamination of farm-land during plant growth.
Khan, Mohammad Sayyar;Gao, Junlian;Chen, Xuqing;Zhang, Mingfang;Yang, Fengping;Du, Yunpeng;Moe, The Su;Munir, Iqbal;Xue, Jing;Zhang, Xiuhai
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.30
no.5
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pp.668-680
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2020
Bacillus velezensis is an important plant growth-promoting rhizobacterium with immense potential in agriculture development. In the present study, Bacillus velezensis Lle-9 was isolated from the bulbs of Lilium leucanthum. The isolated strain showed antifungal activities against plant pathogens like Botryosphaeria dothidea, Fusarium oxysporum, Botrytis cinerea and Fusarium fujikuroi. The highest percentage of growth inhibition i.e., 68.56±2.35% was observed against Fusarium oxysporum followed by 63.12 ± 2.83%, 61.67 ± 3.39% and 55.82 ± 2.76% against Botrytis cinerea, Botryosphaeria dothidea, and Fusarium fujikuroi, respectively. The ethyl acetate fraction revealed a number of bioactive compounds and several were identified as antimicrobial agents such as diketopiperazines, cyclo-peptides, linear peptides, latrunculin A, 5α-hydroxy-6-ketocholesterol, (R)-S-lactoylglutathione, triamterene, rubiadin, moxifloxacin, 9-hydroxy-5Z,7E,11Z,14Z-eicosatetraenoic acid, D-erythro-C18-Sphingosine, citrinin, and 2-arachidonoyllysophosphatidylcholine. The presence of these antimicrobial compounds in the bacterial culture might have contributed to the antifungal activities of the isolated B. velezensis Lle-9. The strain showed plant growth-promoting traits such as production of organic acids, ACC deaminase, indole-3-acetic acid (IAA), siderophores, and nitrogen fixation and phosphate solubilization. IAA production was accelerated with application of exogenous tryptophan concentrations in the medium. Further, the lily plants upon inoculation with Lle-9 exhibited improved vegetative growth, more flowering shoots and longer roots than control plants under greenhouse condition. The isolated B. velezensis strain Lle-9 possessed broad-spectrum antifungal activities and multiple plant growth-promoting traits and thus may play an important role in promoting sustainable agriculture. This strain could be developed and applied in field experiments in order to promote plant growth and control disease pathogens.
Ha, Huen-Young;Ra, Dong-Soo;Shin, Wook-Cheol;Im, Geon-Jae;Park, Jae-Eup
The Korean Journal of Pesticide Science
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v.16
no.4
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pp.395-400
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2012
In order to survey the actual pesticide usage, this survey was carried out on the growers of 3 plant groups, fruit vegetables, fruits and rice field, from 2009 to 2011. 390 farmers were selected from main production areas to investigate their pesticide application during the growing seasons. Input amounts per area of domestic fruit vegetables was surveyed as 11.6 kg a.i./ha for red pepper of field culture, 2.0 kg a.i./ha for red pepper of greenhouse, 2.3 kg a.i./ha for strawberry, 2.2 kg a.i./ha for watermelon, 4.8 kg a.i./ha for cucumber, 1.5 kg a.i./ha for oriental melon and 2.1 kg a.i./ha for tomato, respectively. Input amounts per area on fruits and on rice field were surveyed as 11.7 kg a.i./ha for apple, 12.5 kg a.i./ha for pear, 7.7 kg a.i./ha for peach, 4.5 kg a.i./ha for grape, 40.0 kg a.i./ha for citrus 5.4 kg a.i./ha for persimmon, and 3.46 kg a.i./ha for rice, respectively. As a result of the actual pesticide usage survey, The safety guideline for pesticide use is generally kept well by all farmers of fruits vegetables, fruits and rice.
Anthers from several lines of carrot (Daucus carota L.) were plated on the semi-solid B$_{5}$, basal medium supplemented with 2,4-D and NAA at two concentrations, 1.0 and 2.0 mg/L plus 0.2 mg/L BAP (benzylaminop-urine). Anthers of the most lines on the B$_{5}$ basal medium with 2,4-D showed higher percentages of callus formation than those with NAA. Particularly, in line 45477, highest percentages of callus formation (50%) were observed on B$_{5}$ medium with 1.0 mg/L 2,4-D plus 0.2 mg/L BAP. With 1.0 mg/L 2,4-D, two months was sufficient for initiation of callus development. Calli were regenerated into plantlets through embryogenesis onto regeneration medium without any growth regulators. When callus showing yellowish and soft structure was cultured, it yielded green plants at high regeneration rates, The response of anthers in callus induction and plant regeneration was different among lines investigated. Optimal callus induction and plant regeneration could be obtained through manipulating the concentration of growth regulators. Plantlets after transfer to perlite were grown successfully in greenhouse conditions. Anther culture of carrot will be used as a useful breeding tool in future.
Useful Dianthus species were collected and selected from two native and seven foreign species distributed in Gangwon province. For in vitro breeding,. callus was induced from the explants of apical meristem, leaf, stem and the in vitro adventitious shoots on MS basal medium with 2.0 mg/L 2,4-D and 0.5 mg/L BA at 27$^{\circ}C$ under continuous light. After 3 weeks of culture, calli initiated the most highly from the leaf explants of D. chinensis Organogenic calli were able to be selected from the adventitious shoot-derived calli. For shoot regeneration, these organogenic calli were cultured on MS medium with the combination of 0.1 mg/L NAA+1.0 mg/L BA under continuous light. Multiple shoots were proliferated with low frequency (about 30%) from those adventitious shootderived calli. Also, shoots initiated directly from the adventitious shoot explants without callus formation at high frequency of 52% when cultured on N6 medium containing 0.1 mg/L NAA and 1.0 mg/L BA in D. gratianopol. Multiple shoots and plantlets grew well and rooted on MS medium supplemented with 0.1 mg/L NAA. Regenerants with well-developed roots were transferred to 8-cm pots containing vermiculite at 85% relative humidity and 27$^{\circ}C$ These plantlets were acclimatized in artificial soil mixture and transferred to the greenhouse for flowering with normal phenotypes. M28 Mutant line was selected with white flowers from 0.03M EMS-treated organogenic calli derived from in vitro adventitious shoot explants of D. chinensis and set seeds.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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