Effects of elevated $CO_2$ on soil microorganisms are known to be mediated by various interactions with plants, for which such effects are relatively poorly documented. In this review, we summarize and synthesize results from studies assessing impacts of elevated $CO_2$ on soil ecosystems, focusing primarily on plants and a variety the of microbial processes. The processes considered include changes in microbial biomass of C and N, microbial number, respiration rates, organic matter decomposition, soil enzyme activities, microbial community composition, and functional groups of bacteria mediating trace gas emission such as methane and nitrous oxide. Elevated $CO_2$ in atmosphere may enhance certain microbial processes such as $CH_4$ emission from wetlands due to enhanced carbon supply from plants. However, responses of extracellular enzyme activities and microbial community structure are still controversy, because interferences with other factors such as the types of plants, nutrient availabilitial in soil, soil types, analysis methods, and types of $CO_2$ fumigation systems are not fully understood.
BACKGROUND: Towards achievement of sustainable agriculture, using microbial inoculants may present promising alternatives without adverse environmental effects; however, there are challenging issues that should be addressed in terms of effectiveness and ecology. Viability and stability of the bacterial inoculants would be one of the major issues in effectiveness of microbial pesticide uses, and the changes within the indigenous microbial communities by the inoculants would be an important factor influencing soil ecology. Here we investigated the stability of the introduced bacterial strains in the soils planted with barley and its effect on the diversity shifts of the rhizosphere soil bacteria. METHODS AND RESULTS: Two different types of bacterial strains of Bacillus thuringiensis and Shewanella oneidensis MR-1 were inoculated to the soils planted with barley. To monitor the stability of the inoculated bacterial strains, genes specific to the strains (XRE and mtrA) were quantified by qPCR. In addition, bacterial community analyses were performed using v3-v4 regions of 16S rRNA gene sequences from the barley rhizosphere soils, which were analyzed using Illumina MiSeq system and Mothur. Alpha- and beta-diversity analyses indicated that the inoculated rhizosphere soils were grouped apart from the uninoculated soil, and plant growth also may have affected the soil bacterial diversity. CONCLUSION: Regardless of the survival of the introduced non-native microbes, non-indigenous bacteria may influence the soil microbial community and diversity.
Continuous cropping obstacles have become a serious factor restricting sustainable development in modern agriculture, while companion planting is one of the most common and effective methods for solving this problem. Here, we monitored the effects of companion planting on soil fertility and the microbial community distribution pattern in pepper monoculture and companion plantings. Soil microbial communities were analyzed using high-throughput sequencing technology. Companion plants included garlic (T1), oat (T2), cabbage (T3), celery (T4), and white clover (T5). The results showed that compared with the monoculture system, companion planting significantly increased the activities of soil urease (except for T5) and sucrase, but decreased catalase activity. In addition, T2 significantly improved microbial diversity (Shannon index) while T1 resulted in a decrease of bacterial OTUs and an increase of fungal OTUs. Companion planting also significantly changed soil microbial community structures and compositions. Correlation analysis showed that soil enzyme activities were closely correlated with bacterial and fungal community structures. Moreover, the companion system weakened the complexity of microbial networks. These findings indicated that companion plants can provide nutrition to microbes and weaken the competition among them, which offers a theoretical basis and data for further research into methods for reducing continuous cropping obstacles in agriculture.
Kim, Min-Jung;Jeon, Chang-Wook;Cho, Gyongjun;Kim, Da-Ran;Kwack, Yong-Bum;Kwak, Youn-Sig
The Plant Pathology Journal
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v.34
no.2
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pp.143-149
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2018
Flowers of kiwifruit are morphologically hermaphroditic and survivable binucleate pollen is produced by the male flowers. In this study, we investigated microbial diversity in kiwifruit pollens by analyzing amplicon sequences of 16S rRNA. Four pollen samples were collected: 'NZ' was imported from New Zealand, 'CN' from China in year of 2014, respectively. 'KR13' and 'KR14' were collected in 2013' and 2014' in South Korea. Most of the identified bacterial phyla in the four different pollens were Proteobacteria, Actinobacteria and Firmicutes. However, the imported and the domestic pollen samples showed different aspects of microbial community structures. The domestic pollens had more diverse in diversity than the imported samples. Among top 20 OTUs, Pseudomonas spp. was the most dominant specie. Interestingly, a bacterial pathogen of kiwifruit canker, Pseudomonas syringae pv. actinidiae was detected in 'NZ' by the specific PCR. This study provides insights microbial distribution and community structure information in kiwifruit pollen.
Despite the plant microbiota plays an important role in plant health, little is known about the potential interactions of the flower microbiota with pathogens. In this study, we investigated the microbial community of apple blossoms when infected with Erwinia amylovora. The long-read sequencing technology, which significantly increased the genome sequence resolution, thus enabling the characterization of fire blight-induced changes in the flower microbial community. Each sample showed a unique microbial community at the species level. Pantoea agglomerans and P. allii were the most predominant bacteria in healthy flowers, whereas E. amylovora comprised more than 90% of the microbial population in diseased flowers. Furthermore, gene function analysis revealed that glucose and xylose metabolism were enriched in diseased flowers. Overall, our results showed that the microbiome of apple blossoms is rich in specific bacteria, and the nutritional composition of flowers is important for the incidence and spread of bacterial disease.
Membrane bioreactor (MBR) provides the benefits on high effluent quality and construction cost without the secondary clarification. Despite of these advantages, fouling, which clogs the pore in membrane modules, affects the membrane life span and effluent quality. Studies on the laboratory scale MBR were focused on the control of particulate fouling, organic fouling and inorganic fouling. However, less studies were focused on the control of biofouling and microbial aspect of membrane. In the full scale operation, most MBR produces high effluent quality to meet the national permit of discharge regulation. In this study, the performance and microbial community analysis were investigated in two MBRs. As the results, the performance of organic removal, nitrogen removal, and phosphorus removal was similar both MBRs. Microbial community analysis, however, showed that Azonexus sp. and Propionivibrio sp. contributed to indirect fouling to cause the chemical cleaning in the DX MBR.
The objective of this study was to investigate community structure of attached algae and microbes in sedimentation basin of water and wastewater treatment plants by using respiratory quinone profile. There was an evident difference, in microbial community structure and attached algae species, between inclination plate settler and drainage canal in the sedimentation basin. The algae was composed of species in following order; Chlorophyceae>Bascillariophyceae>Cyanophyceae. The dominant quinone types of attached microorganisms in the wastewater treatment plant were plastoquinone (PQ)-9, vitamin(V)K-1 followed by UQ-8, but those for water treatment plant were VK-1, PQ-9 followed by UQ-8. These results suggests that nutrients, seasons and material of sedimentation basin have notable influence on composition of attached algae and microbial community structure in water and wastewater treatment plants.
The group of Fe(III) oxide-reducing bacteria includes exoelectrogenic bacteria, and they possess similar properties of transferring electrons to extracellular insoluble-electron acceptors. The exoelectrogenic bacteria can use the anode in microbial fuel cells (MFCs) as the terminal electron acceptor in anaerobic acetate oxidation. In the present study, the anodic community was compared with the community using Fe(III) oxide (ferrihydrite) as the electron acceptor coupled with acetate oxidation. To precisely analyze the structures, the community was established by enrichment cultures using the same inoculum used for the MFCs. High-throughput sequencing of the 16S rRNA gene revealed considerable differences between the structure of the anodic communities and that of the Fe(III) oxide-reducing community. Geobacter species were predominantly detected (>46%) in the anodic communities. In contrast, Pseudomonas (70%) and Desulfosporosinus (16%) were predominant in the Fe(III) oxide-reducing community. These results demonstrated that Geobacter species are the most specialized among Fe(III)-reducing bacteria for electron transfer to the anode in MFCs. In addition, the present study indicates the presence of a novel lineage of bacteria in the genus Pseudomonas that highly prefers ferrihydrite as the terminal electron acceptor in acetate oxidation.
We examined the relationships among community composition, microbial population, and microbial biomass to determine whether different land use leads to differences in microbial community composition. And also the relationships between soil characteristics and microbial community composition were investigated. There was no difference in pH between uncultivated and cultivated soils, but electrical conductivity, and contents of organic matter, available P and exchangeable cations were greater in the cultivated soil compared to the uncultivated soil. A linear correlation ($r^2=0.557$, n=18, p<0.01) was found between biomass-C estimated with fumigation extraction technique and total amount of fatty acids. An increase of fatty acid methyl esters (FAMEs) for bacteria, actinomycetes, fungi and protozoa was observed in cultivated soil.
Jo, Sung Jun;Kwon, Hyeokpil;Jeong, So-Yeon;Lee, Sang Hyun;Oh, Hyun-Suk;Yi, Taewoo;Lee, Chung-Hak;Kim, Tae Gwan
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.26
no.9
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pp.1593-1604
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2016
Recently, bacterial quorum quenching (QQ) has been proven to have potential as an innovative approach for biofouling control in membrane bioreactors (MBRs) for advanced wastewater treatment. Although information regarding the microbial community is crucial for the development of QQ strategies, little information exists on the microbial ecology in QQ-MBRs. In this study, the microbial communities of biofilm were investigated in relation to the effect of QQ on anoxic/oxic MBRs. Two laboratory-scale MBRs were operated with and without QQ-beads (QQ-bacteria entrapped in beads). The transmembrane pressure increase in the QQ-MBRs was delayed by approximately 100-110% compared with conventional- and vacant-MBRs (beads without QQ-bacteria) at 45 kPa. In terms of the microbial community, QQ gradually favored the development of a diverse and even community. QQ had an effect on both the bacterial composition and change rate of the bacterial composition. Proteobacteria and Bacteroidetes were the most dominant phyla in the biofilm, and the average relative composition of Proteobacteria was low in the QQ-MBR. Thiothrix sp. was the dominant bacterium in the biofilm. The relative composition of Thiothrix sp. was low in the QQ-MBR. These findings provide useful information that can inform the development of a new QQ strategy.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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