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Verbreitung und DiversitÀt denitrifizierender Bakterien im OberflÀchenwasser und hyporheischen Interstitial der Lahn unter dem Einfluà von KlÀranlagenabwÀssern
Ziel dieser Arbeit war es, den Einfluà von eingeleitetem KlÀrwasser auf die Verbreitung und DiversitÀt von denitrifizierenden Bakterien im OberflÀchenwasser und hyporheischen Interstitial der Lahn zu untersuchen und mögliche VerÀnderungen sowie deren Ursachen zu detektieren.
In den Jahren 1999 bis 2001 wurden aus dem KlÀr- und OberflÀchenwasser und mit Hilfe von Multilevelsonden simultan aus unterschiedlichen Sedimenttiefen der Lahn (5, 15, 25 und 45 cm) Wasserproben entnommen.
Die elektrische LeitfÀhigkeit weist auf einen starken Austausch zwischen OberflÀchen- und Interstitialwasser bis in 45 cm Sedimenttiefe und auf einen geringen Einstrom des Grundwassers in die untersuchten Sedimentschichten hin.
FĂŒr die untersuchten Interstitialbereiche stellt die VerfĂŒgbarkeit von Nitrat fĂŒr die Denitrifikation keinen limitierenden Faktor dar. Eine Determinierung der Verbreitung von kultivierbaren denitrifizierenden Bakterien im Interstitial durch die Nitratkonzentration und bezĂŒglich der Sedimenttiefe wurde nicht festgestellt. Auch ein temporĂ€r erhöhter Eintrag von Nitrat durch das KlĂ€rwasser fĂŒhrte weder zu einer deutlich erhöhten Nitratkonzentration noch zu einer erhöhten Denitratationspotenz in den fluĂabwĂ€rts des KlĂ€ranlagenablaufes gelegenen Interstitialbereichen.
Eine schon aus vorangegangenen Projekten festgestellten Nitritanreicherungen konnten in dieser Untersuchung fĂŒr den fluĂabwĂ€rts des KlĂ€ranlagenablaufes gelegenen Interstitialbereich in den Sommermonaten bestĂ€tigt werden. Aufgrund niedriger Ammoniumkonzentrationen und Denitratationspotenzen lassen sich diese nicht auf eine unvollstĂ€ndige Denitrifikation, sondern auf eine unvollstĂ€ndige Nitrifikation zurĂŒckfĂŒhren.
Im ca. 250 m fluĂabwĂ€rts vom KlĂ€ranlagenablauf gelegenen Interstitialbereich konnte keine Nitritakkumulation, dafĂŒr aber eine erhöhte Denitratationspotenz festgestellt werden. Da mit gesunkener Ammoniumkonzentration im KlĂ€rwasser die Denitratationspotenz in diesem Interstitialbereich erniedrigt war, weist dies auf eine scheinbar effektive Kopplung von Nitrifikation und Denitrifikation wĂ€hrend erhöhter Ammoniumkonzentrationen hin.
Im untersuchten Exfiltrationsbereich konnten vermehrt denitrifizierende Bakterien isoliert werden, so daĂ von einer VerbreitungsprĂ€ferenz der kultivierbaren denitrifizierenden Bakterien im upwelling Bereich aufgrund der erniedrigten Sauerstoffkonzentration ausgegangen wird. Aufgrund von Tag-Nachtschwankungen der Sauerstoffkonzentration in der flieĂenden Welle und der gemessenen Differenz zwischen flieĂender Welle und Interstitialwasser ist von alternierenden Sauerstoffkonzentrationen im Interstitial und der Ausbildung von Âanoxic sites in der Lahn auszugehen, wodurch eine Denitrifikation begĂŒnstigt wird.
Die isolierten denitrifizierenden Bakterien wurden mittels der molekulargenetischen ARDRA-Methode in 24 phylogenetisch unterschiedliche Gruppen eingeteilt. Diese genotypische DiversitÀt ist vergleichbar mit der von kultivierbaren Bakterien in Böden, die durch dieselbe Methode festgestellt wurde.
StĂ€mme der Gattungen Pseudomonas, Enterobacter, Bacillus, Aeromonas, Shewanella, Stenotrophomonas und Klebsiella wiesen eine vom KlĂ€rwasser unbeeinfluĂte Verbreitung auf. Sie gehören demnach der permanenten mikrobiellen Denitrifikantenpopulation im OberflĂ€chen- und Interstitialwasser der Lahn an.
FĂŒr die isolierten denitrifizierenden StĂ€mme der Gattungen Pseudomonas und Bacillus konnte in dieser Untersuchung eine Persistenz im hyporheischen Interstitial der Lahn ĂŒber einen Zeitraum von mindestens fĂŒnf Jahren festgestellt werden. Eine weite Verbreitung im OberflĂ€chen- und Interstitialwasser der Lahn wies das Gram positive Bakterium Bacillus cereus und das Gram negative Bakterium Pseudomonas fluorescens auf, wobei letzteres in der kultivierbaren denitrifizierenden Bakterienpopulation dominiert.
Im Gegensatz dazu wurden Ochrobactrum anthropi und Serratia spec. nur fluĂaufwĂ€rts im OberflĂ€chenwasser detektiert, was auf eine Belastung der Lahn durch fluĂaufwĂ€rts gelegene punktuelle und diffuse Quellen hinweist.
WĂ€hrend Alcaligenes Spezies und Acinetobacter spec. auf die Bedingungen im KlĂ€rwasser angewiesen sind, wurden Comamonadaceae nicht nur im KlĂ€rwasser nachgewiesen, sondern persistierend im OberflĂ€chen- und Interstitialwasser der Lahn festgestellt. Die VerĂ€nderung innerhalb der kultivierbaren Bakterienpopulation der Lahn durch den Eintrag des KlĂ€rwassers zeigt sich insbesondere durch die restriktive Isolierung der StĂ€mme der Comamonadaceae, die nur im und fluĂabwĂ€rts des KlĂ€ranlagenablaufes detektiert wurden.
Eine direkte Einschwemmung dieser denitrifizierenden Bakterien durch das KlÀrwasser in das Interstitial der Lahn und eine Persistenz dieser im Interstitial konnte damit nachgewiesen werden
Genetic analysis and phenotypic characterization of three novel genes of Rhizobium tropici CIAT899 involved in symbiotic interactions with Phaseolus vulgaris
Rhizobium tropici CIAT899 is highly tolerant to many environmental stresses and a good competitor for nodule occupancy of Phaseolus vulgaris. Random transposon mutagenesis was performed with the aim to identify novel genes of this strain involved in symbiosis and stress tolerance. The analysis of the locus disrupted by the Tn5 insertion in mutants 899-PV9 and 899-PV4 led the discovery of three novel genes required for and efficient symbiotic interaction with beans plants. The first gene (syc1) bears significant similarity to voltage-gated chloride channels. A non-polar deletion in this gene caused serious deficiencies for nodule establishment, nodulation competitiveness and N2 fixation, probably due to its reduced ability to invade plant cells and to form stable symbiosomes, as judged by electron transmission microscopy. A second gene (olsC) found downstream of the former was shown to be homologous with aspartyl/asparaginyl β-hydroxylases and involved in the modification of two species of ornithine-containing lipids, presumably by a hydroxylation. A mutant carrying a non-polar deletion in olsC was symbiotically defective, whereas over-expressed OlsC in the complemented strain was related with an acid-sensitive phenotype. The third gene (sigE) codes for a putative σE factor. Analysis performed on the mutant carrying a deletion in this gene also revealed serious deficiencies for nodule development, nodulation competitiveness and N2 fixation when inoculated on bean plants. These three different bacterial activities have not been previously reported as required for the symbiotic interaction of rhizobia with its legume host
Improvement of common bean (Phaseolus vulgaris) nodulation by selected rhizobial strain from Egyptian soils through genotypic characterization, symbiotic effectiveness and competitiveness under salt stress conditions
To maximize the symbiotic nitrogen fixation of common bean (Phaseolus vulgaris) under egyptian soil conditions, twelve rhizobial isolates were isolated from root nodulated common bean. These isolates were physiologiacl characterized to test the more effeicient strains in nitrogen fixation, to select strains more adapted to environmetal stresses such as salinity, alkalinity, temperature. The adapted strains were selected to study the competitiveness of these strains against the standard strain CIAT 899 marked with gus gene under normal conditions, stress of salinity and stress of alkalinity. These strains were also characterized using molecular biology techniques such as REP-PCR, ARDRA of 16S and 23S rDNA, plasmid profiles analysis, sequencing of full length of 16S rDNA, hybridization with nifH gene and amplification of nodC gene. Strain EBRI 26 and Sinorhizobium meliloti strain 2010 were selected as salt tolerant strains to study the proteins involeved in salt tolerance by 2D proteom analysis and MALDI-Tof mass spectrometry