Mycorrhizal functioning as part of the survival mechanisms of barley (Hordeum vulgare L) at long-term heavy metal stress

Pot experiment was design to study the inside and outside root colonization of arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) on the barley (Hordeum vulgare L) at various types and loadings of several heavy metals or toxic elements. Soils of the pots were originating from a long-term field experiment, where 13 metal salts, such as the Al, As, Ba, Cd, Cr, Cu, Hg, Mo, Ni, Pb, Se, Sr, Zn was applied in 4 gradients (0, 30, 90, 270 mg.kg-1 dry soil), 12 years prior the study. Beside the relative and absolute frequency (F%, M%), the arbusculum richness (a%, A%) and the sporulation intensity (g-1 dry soil) of the AM fungi the biomass production and the element accumulation of the barley was also measured. The inside mycorrhizal colonization of the roots proved to be much less sensitive to the long-term heavy metal stress. Except the increased mycorrhizal sporulation at Ni (36 g-1 soil), several toxic elements, such as the Al, As, Ba, Cr, Cu, Pb, Se, Sr and Zn could reduce the spore-numbers of the AM fungi significantly. This lower density, however was not affecting to the biomass production of the barley. At some metals with lower AMF sporulation an increased root (and fungal) biomass were found at the As, Ba, Cr, Cu and Cd elements. Increased arbusculum richness (A%) could be developed, on the other hand at the Hg and Pb metals. Such various mechanisms of the mycorrhizal functioning can offer a general aid for the host-plants to cope with the environmental stress, which could result a more balanced shoot (and yield) biomass production

History of soil fertility enhancement with inoculation methods

The first bacteria capable of biological nitrogen-fixation and for this reason for the replacement of inorganic fertilizers was found in the root-nodules of leguminous plants more than 100 years ago. The other nitrogen-fixing bacteria, the associative azospirillums, on the other hand do not create visible systems, alterations in the root system. They were therefore found and reported only about 40 years ago. The isolated and identified bacteria are well-used in the agriculture since then, but still we can find unknown elements behind of their functioning. Nowadays second and third generations of microbial inoculums are applied. The soil-plant-microbe systems are so multifactorial arrangements, than there are several biotic and abiotic factors influencing of their real functioning. We should learn more how those systems are really working. The beneficial effects of those microbial inoculums will be discussed in this review with a historical background

Bioszén hatása a talaj-növény-mikróba rendszerre: előnyök és aggályok — Szemle

A rendelkezésre álló szakirodalmi hivatkozások a bioszén széleskörű felhaszná-lási lehetőségeit jelzik a talaj-növény-mikroba kölcsönhatás alakulására. A bioszén kedvezően befolyásolhatja a talajok fizikai-kémiai tulajdonságait, pl. vízháztartását, agyag- és szervesanyag-tartalmát, a kémhatását, a N- és P-tartalmát, a mezo- és mikroelemek mennyiségét és porózus szerkezete miatt annak levegőzöttségét, az oxigéntartalmát vagy az oxigén relatív mennyiségét a pórustérben. A növénytáplálásra kifejtett kedvező hatások közvetlenül és közvetve is meg-nyilvánulhatnak. A mikroorganizmusok intenzívebb szaporodása a bioszénnel kezelt területeken az irodalmi adatok alapján jól megalapozottnak tekinthető. A bioszén kiszáradástól való felületi védelmet, oxigéndúsabb környezetet, és adszor-beált szerves anyagokat is jelent a mikroorganizmusoknak; gombáknak és baktéri-umoknak egyaránt. A jobb mikrobiális ellátottság eléréséhez a talaj a fizikai-kémiai tulajdonságok mellett kedvező hőmérséklet és a kémhatás is hozzájárul. A bioszén növénytermesztési technológiákba történő integrálásának eredményei így leginkább rövidtávon, de termésnövekedésről adnak számot. A növénytermesztés szempontjából hasznos mikroszimbionta nitrogénkötő baktériumok valamint a foszformobilizáló mikorrhiza gombák mennyisége és aktivitása ugyanakkor erősen dózis és termékfüggő. A növény-mikroba szimbiózis hatékonysága a leginkább szükséges és kritikus környezeti stressz-körülmények között rosszabbodhat. Aggó-dásra ad okot a helytelenül használt nagy bioszén-dózisok tápanyag- és/vagy vízle-kötő tulajdonsága és nem utolsó sorban a talajeredetű patogén mikroorganizmusok fokozott felszaporodási lehetősége is. A bioszén tehát olyan értékes eszköz lehet a kezünkben, aminek előnyeit csak a megfelelő talajfizikai, -kémiai és -biológiai vizsgálatokra alapozottan, odafigyelés-sel és kellő szakmai ismeretekkel együtt használhatunk ki jól és biztonságosan

A szennyvíziszap-alkalmazás EU-szintű kockázatbecslése hazai talajokon = Risk of sewage sludge applied Hungarian soils with standard European methods

A kutatási évben az élelmiszer-biztonság szempontjából kritikus 2 baktérium-faj, az Escherichia coli es a Salmonella sp. kimutatását végeztuk 16 Európai kutatócsoport bevonásával az EU-kp6 HOR-HYG projectje által kidolgozott és tanfolyamokon betanított 3-3 laboratóriumi módszer segítségével. Ennek során különböző kezelésnek alávetett, vagy a nyers, eredeti szennyvíziszap-mintákat vizsgáltuk. Az MTA TAKI-ban egy kommunális és egy ipari szennyvíziszappal dózisfüggő tenyészedény-kísérlet is folyt 4 hazai tipikus talajjal. A legvalószínűbb szám módszer (MPN) mellett a tesztmikrobák jelenléte vagy hiánya (P/A) és a biokémiai módszerekkel történő kimutatást alkalmaztuk, ahol az egyes telepeket API teszttel is azonosítottuk. A szennyvíz-iszapok mezőgazdasági alkalmazásánál az MTA TAKI feladata az erjesztett és a komposztált mintákra terjedt ki. Öt hónapon át a koordinátor intézmény által biztosított kontrollokkal hazai mintákat is vizsgáltunk heti rendszerességgel. Az eredményeket a nemzetközi partnerek eredményeivel összevetve értékelik és ennek alapján az új európai szabvány elkészítés alatt van a két mikrobacsoportra nézve. A kutatási év végén koordinációs ülésen jelölték ki a partnerek a további bevonandó mikroorganizmusokat (Clostridium perfringens és Eneterobacter sp.) és az újabb 4 összehasonlító módszert, aminek validálása 2007 márciusában indul. A projekt nemzetközi szakmai közleményei és a kialakított szabványok 2007-2008-ban várhatók. | There was a validation study by the EU-fp 6 HOR-HYG project to detect the potential pathogens of a food-safety importance in the sewage sludge products. 16 European laboratories were involved and methods for the caunting of Escherichia coli or the Salmonella sp. were demonstrated and standardised in a training course. Different samples with sewage sludge content, or the initial raw sludge were examined so as to establish the fate of those potential pathogens. Pot experiment was also developed in the RISSAC with vaious sewage sludge doses of a municipial and an industrial sludge and 4 representative Hungarian soil types. The methods involved the most probable number (MPN) counts, the siewing methods of the presence and absence (P/A)and the biochemical characterisation by using microtiter-plates and API tests. Among the sewage sludge trreatments the role of the RISSAC HAS was to study the digested and the composted samples. During a five-months activated periods, there were various Hungarian samples examined weekly, by using the controll samples provided by the coordinator institute. The results are statistically evaluated with the other partners in the consortium and new European standards regarding those two microbes are under construction. There were a coordination meeting at the end of the study, where new other microbes, such as the Clostridium perfringens and the Enterobacter sp. studies were decided with other four protocolles among the laboratories. The international publications and the european standards are due to in 2007-2008

Drought-driven respond of fast and slow growing components of an adapted clover Rhizobium strain

Drought tolerance of a selected Rhizobium leguminosarum bv. trifolii strain was tested in different, representative Hungarian soils in vitro. The stress-adapted strain (Zh-15) was isolated from the active root-nodules of the white clover (Trifolium repens L) grown in the highly salinic soil at Zám natural reserved area, Hungary. The water holding capacities (VK) of two sandy, calcareous and two, clayey, acidic soils was estimated and different water levels 30% (drought) and 60% ratio (optimum) of the total VK values was maintained for three weeks. The sterilised soils were inoculated preliminary with rhizobium suspension at a level of 106 cfu. g-1 soils. A selective plate counting method, modified in the lab. (Angerer et al. 1998) was used to assess the bacterium abundance in the soil. The survival of the drought-tolerant Zh-15 strain was highly depended on the soil characteristics on a certain water level. Clayey soils were found to protect the inoculums more efficiently, in comparison with the sandy soils. Such a modified cell-count, however, revealed that there are slow- and fast-growing components of the used, homogenous Rhizobium population. The fast growing, large colonies (“r” strategists) and the slow growing, tiny colonies ("k" strategists) had distinct survival capacities in the soils. The “k”-type cells were found to be more dependent on the soil characteristics, with an opposite survival tendency in the sandy or the clayey soils. This finding may outline the consideration of the strain- and soil characteristics, when designing microbial inoculums. The enumeration of the “r” and “k” strategist microbes, as introduced or indigenous in the soils, can be a new alternative in the environmental monitoring and eco-toxicology

A rizoszférában lezajló folyamatok tanulmányozása a fitoremediáció során = Study of rhizosphere processes during phytoremediation

Tápoldatos, tenyészedényes és rizoboxos kísérletekben tanulmányoztuk a rizoszférában lezajló folyamatokat és mikrobiális kölcsönhatásokat nehézfémekkel szennyezett víz, talaj és bányameddő fitoremediációja során. Pseudomonas talajbaktériumokkal fokozható a Cd és Ni rizofiltráció hatékonysága. A gyöngyösoroszi bányameddőben lévő nehézfémeket (Cd, Cu, Mn, Pb, Zn) többféle adalék (mész, szennyvíziszap komposzt, természetes zeolit) kombinált kijuttatásával lehet tartósan stabilizálni. Ezen a közegen arbuszkulált mikorrhiza gombákkal szimbiózisban élő vörös csenkesz telepíthető meg, mely fitostabilizációval megakadályozza a nehézfémek kimosódását. Szelénszennyezett talajokból a szareptai mustár, takarmányretek és a lucerna jelentős mennyiségű szelén vett fel passzív fitoextrakcióval, melynek hatékonysága metionin kijuttatással fokozható. A megvizsgált talajokban és a rizoszférában jelen lévő mikrobák nagyfokú szelénadaptációs képességgel és szelénrezisztenciával rendelkeztek. Galvániszappal szennyezett talajból a 4 megvizsgált Salix és Populus faj leveleiben jelentős mennyiségű kadmium és cink akkumulálódott passzív fitoextrakcióval. Fitoextrakciós szempontból azonban a fajlagos fémtartalomnál fontosabb az adott faj szárazanyag hozama. Az olasznád galvániszappal szennyezett talajból, hígtrágyával vagy települési szennyvíziszappal kezelt talajból egyaránt vett fel nehézfémeket, melyek közül a könnyen betakarítható hajtásban elsősorban a cink akkumulálódott. | Nutrient solution, pot and rhizobox experiments were set up to study the rhizosphere processes and microbial interactions in heavy metal contaminated water, soil and mine spoil. Pseudomonas soil bacteria can enhance the efficiency of Cd and Ni rhizofiltration. Combinations of additives (lime, municipal sewage sludge, natural zeolite) can permanenty stabilize the heavy metals (Cd, Cu, Mn, Pb, Zn) in mine spoil from Gyöngyösoroszi. In stabilized mine spoil red fescue can grow in symbiosis with arbuscular mycorrhizal fungi, and this phytostabilization effectively prevents the leaching of heavy metals. Considerable amount of Se was passively phytoextracted by Indian mustard, fodder radish and alfalfa grown in artificially contaminated soils. The efficiency of passive Se phytoextraction can be enhanced by the soil application of methionine. All microbe groups present in Se contaminated soils showed high adaptation and resistance to low levels of this contaminant. The four studied Salix species and a Populus hybrid accumulated significant amounts of Cd and Zn from a galvanic mud contaminated soil during passive phytoextraction. The species producing the highest biomass are the most efficient in Cd and Zn removal from contaminated soil. Giant reed (Arundo donax) can phytoextract heavy metals (mostly zinc) from galvanic mud, pig slurry or sewage sludge contaminated soils

Beltéri saláta termesztés lehetőségének vizsgálata természetes erdőtalajon limitált öntözéssel

Indoor farming in the global vertical farming market has been growing by more than 8% annually since 2010 and 31.6% growth is expected by 2025. It promises to be a possible future form of agricultural practices producing local, fresh, high quality, lower-carbon food year-round. Indoor farming experiment was designed to using LED and neon lights and water source of a dehumidifier. Lettuce (Lactuca sativa L. var. capitata) was grown for 12 weeks in a naturally available forest surface soil, including its native biodiversity and biological activity. Two different levels of water supply were used, full- at 66%- and half- at 33% of the total water-holding capacity (WHC100%) of soil. Some of the physical-chemical, and soil-biological parameters, such as dehydrogenase- (DHA) and fluorescein diacetate (FDA) enzyme activities and the most probable number (MPN) of fungi and bacteria were assessed prior to and after lettuce cultivation. Although the abundance of countable microorganisms decreased appreciably by the end of the lettuce experiment, the growth of plants could result in an enhanced soil-biological enzyme activity of the used natural soil. DHA increased 4.2-fold at drought condition, and 2-fold at the optimal water supply. One can conclude that used natural forest soil with great fertility and biodiversity potential can provide a good facility for the indoor lettuce cultivation. Reduction of water supply can be further optimized with the required biomass-production of lettuce.A beltéri termesztés a globális vertikális kertészeti ágazatban évente több mint 8%-os intenzitással növekszik 2010- óta és 2025-re már ehhez képest 31.6%-os növekedéssel számolhatunk. Ez a technológia a városiasodással párhuzamosan a jövő egyik mezőgazdasági megoldását ígéri az emberiség számára, melyet évszaktól és időjárástól függetlenül bárhol alkalmazhatunk, és ezek a rendszerek helyben szolgáltatnak friss, magas minőségű, kisebb karbonlábnyomú élelmiszert folyamatosan az év során. Az itt bemutatott beltéri termesztési kísérlethez LED- és neon-világítást, valamint páramentesítőből származó vizet használtunk. Termesztőközegként helyben elérhető erdei feltalajt alkalmaztunk amin salátát (Lactuca sativa L. var. capitata) termesztettünk 12 héten keresztül használva annak természetesen magas biodiverzitását és biológiai aktivitás-szintjét. Összehasonlítottuk két eltérő mértékű vízellátottság, a teljes- (66%-os) és a fél- (33%-os) teljes szárazföldi vízkapacitás (WHC100%) melletti termesztési eredményeket. Vizsgáltuk a termesztés során a talaj fiziko-kémiai és biológiai tulajdonságait. A talaj dehidrogenáz (DHA) és fluoreszcein-diacetát (FDA) enzimaktivitás értékeit a termesztés előtt és a termesztés végeztével mértük, a baktériumok és a gombák kitenyészthető legvalószínűbb számával (MPN) együtt. Eredményeink megnövekedett talajbiológiai aktivitást mutattak a termesztést követően. Habár a mikroorganizmusok száma csökkent, a DHA enzimaktivitás jelentős mértékű növekedést mutatott mindkét vízellátottsági szint mellett. A szárazság-stressznél 4.2-szeres, az optimális vízellátottság mellett 2-szeres mértékű növekedést tapasztaltunk. Eredményeink alapján a beltéri, organikus salátatermesztéshez az adott helyi erdőtalaj jól használható lehetőséget adott. A saláta biomassza-tömegét és a vízhasználatot azonban tovább szükséges optimalizálni