tolypotrix and ather
TRANSCRIPT
-
8/10/2019 Tolypotrix and Ather
1/6
A P P L I E D
AND ENVIRONMENTAL
M I C R O B I O L O G Y ,
N o v .
1 9 7 9 ,
p .
9 1 6 - 9 2 1
V o l . 3 8 ,
N o . 5
0 0 9 9 - 2 2 4 0 / 7 9 / 1 1 - 0 9 1 6 / 0 6 0 2 . 0 0 / 0 0
E f f e c t
o f
I n t e r a c t i o n s Among
A l g a e
o n N i t r o g e n
F i x a t i o n
b y
B l u e - G r e e n
A l g a e
( C y a n o b a c t e r i a )
i n
F l o o d e d
S o i l s
JOHN
T . WILSON,t
S A R A H GREENE,
AND
M A R T I N
A L EX A N D E R
L a b o r a t o r y
o f
S o i l M i c r o b i o l o g y , D e p a r t m e n t
o f A g r o n o m y ,
C o r n e l l U n i v e r s i t y ,
I t h a c a ,
New
Y o r k
1 4 8 5 3
R e c e i v e d
f o r
p u b l i c a t i o n
2 0 A u g u s t
1 9 7 9
N i t r o g e n
f i x a t i o n ( C 2 H 2
r e d u c t i o n )
b y
a l g a e i n f l o o d e d
s o i l w a s
l i m i t e d
b y
i n t e r a c t i o n s
w i t h i n
t h e
a l g a l
c o m m u n i t y .
N i t r o g e n
f i x a t i o n
b y e i t h e r
i n d i g e n o u s
a l g a e
o r
T o l y p o t h r i x
t e n u i s
w a s
r e d u c e d
s e v e r a l f o l d
b y
a
d e n s e s u sp e n s i o n
o f
t h e
g r e e n
a l g a
N e p h r o c y t i u m
s p .
S i m i l a r l y , i n t e r a c t i o n s
b e t w e e n
t h e
n i t r o g e n - f i x i n g
a l g a ( c y a n o b a c t e r i u m )
A u l o s i r a
6 8 a n d n a t u r a l d e n s i t i e s
o f i n d i g e n o u s
a l g a e
l i m i t e d
n i t r o g e n - f u i n g
a c t i v i t y
i n
o n e
o f
t w o
s o i l s
e x a m i n e d .
T h i s
w a s d e m o n -
s t r a t e d
b y
d e v e l o p i n g
a
v a r i a n t
o f A u l o s i r a
6 8 t h a t w a s
r e s i s t a n t
t o
t h e
h e r b i c i d e
s i m e t r y n e
a t c o n c e n t r a t i o n s
t h a t
p r e v e n t e d
d e v e l o p m e n t
o f i n d i g e n o u s
a l g a e .
M o r e
n i t r o g e n
w a s
f i x e d
b y
t h e
r e s i s t a n t
v a r i a n t i n f l o o d e d
s o i l
c o n t a i n i n g
h e r b i c i d e
t h a n
w a s f i x e d
i n
h e r b i c i d e - f r e e
s o i l
b y e i t h e r
t h e
i n d i g e n o u s
a l g a e
o r
i n d i g e n o u s
a l g a e p l u s
t h e
p a r e n t
s t r a i n
o f A u l o s i r a .
I n t e r f e r e n c e
f r o m
i n d i g e n o u s
a l g a e
may h a m p e r
t h e
d e v e l o p m e n t
o f
n i t r o g e n - f i x i n g
a l g a e
i n t r o d u c e d
i n t o
r i c e
f i e l d s
i n
a t t e m p t s
t o
i n c r e a s e
b i o l o g i c a l
n i t r o g e n
f i x a t i o n .
R i c e s u p p l i e s
a t l e a s t
o n e - h a l f
o f t h e
f o o d
s u p p l y
f o r
o n e - t h i r d
o f
m a n k i n d
2 .
I m p r o v e d
v a r i e t i e s
o f
r i c e ,
t h e
a p p l i c a t i o n
o f c h e m i c a l
f e r -
t i l i z e r s ,
a n d
t h e
u s e
o f
p e s t i c i d e s
h a v e
i n c r e a s e d
r i c e p r o d u c t i o n
s e v e r a l f o l d
i n
many p a r t s
o f
A s i a
( 1 5 ) .
H o w e v e r ,
t h e s e
g a i n s
h a v e b e e n
t h r e a t e n e d
b y
r e c e n t i n c r e a s e s
i n t h e
p r i c e
o f
n i t r o g e n
f e r -
t i l i z e r ,
r e s u l t i n g
i n
a r e n e w e d
i n t e r e s t
i n
b i o l o g -
i c a l
n i t r o g e n
f i x a t i o n
i n
f l o o d e d
s o i l s .
N i t r o g e n - f i x i n g
b l u e - g r e e n
a l g a e ( c y a n o b a c -
t e r i a )
h a v e
b e e n
c o n s i d e r e d i m p o r t a n t
s o u r c e s
o f
f i x e d n i t r o g e n
i n
f l o o d e d
s o i l s
f o r
many y e a r s
( 1 3 ) .
D e a n d M a n d a l
( 6 ) e s t i m a t e d
t h a t
l i g h t -
d e p e n d e n t
n i t r o g e n f i x a t i o n
i n s i x
s o i l s r a n g e d
f r o m
1 5
t o
4 5 k g o f
n i t r o g e n
p e r
h a i n 6
w e e k s ,
a n d
S i n g h ( 1 3 ) r e p o r t e d
t h a t A u l o s i r a
f e r t i l i s -
s i m a
c a n
f i x
u p
t o
5 3
k g
o f
n i t r o g e n
p e r
h a
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o n e
s e a s o n . A l g a e a l s o
c a n
make
s i g n i f i c a n t
c o n -
t r i b u t i o n s t o t h e
g r o w t h
o f r i c e .
W a t a n a b e
e t
a l .
( 1 8 ) r e p o r t e d
t h a t
i n o c u l a t i o n
o f
r i c e
s o i l s
w i t h
T o l y p o t h r i x
t e n u i s
i n c r e a s e d
g r a i n y i e l d s
1 5
t o
2 5 .
D e ( 5 ) f o u n d
t h a t a f t e r
f i v e
c r o p s t h e y i e l d
o f r i c e
f r o m
s o i l e x p o s e d
t o
t h e s u n
w a s t w i c e
t h e
y i e l d
f r o m
s o i l
t h a t
w a s
s h a d e d t o
p r e v e n t
t h e
g r o w t h
o f a l g a e a n d o t h e r p h o t o t r o p h s .
The
f a c t o r s t h a t l i m i t
t h e g r o w t h
a n d
a c t i v i t y
o f
n i t r o g e n - f i x i n g
a l g a e
i n s o i l
a r e
p o o r l y
u n d e r -
s t o o d .
The
e f f e c t
o f pH
a n d
t h e
r e q u i r e m e n t
o f
t h e
a l g a e
f o r
p h o s p h a t e h a v e
r e c e i v e d
a t t e n t i o n
( 5 - 7 ) ,
b u t
o t h e r
p o t e n t i a l
f a c t o r s
h a v e g e n e r a l l y
b e e n
i g n o r e d .
I n t e r a c t i o n s
w i t h
o t h e r
a l g a e may
b e
o n e
o f t h e m o s t
s i g n i f i c a n t
e c o l o g i c a l
f a c t o r s .
t P r e s e n t
a d d r e s s :
R o b e r t
S . K e r r E n v i r o n m e n t a l
R e s e a r c h
L a b o r a t o r y , A d a ,
OK 7 4 8 2 0 .
H i r a n o
e t a l .
( 8 )
f o u n d t h a t
i n o c u l a
o f
T . t e n u i s
c o u l d n o t
c o l o n i z e
f l o o d e d
r i c e f i e l d s
u n l e s s
t h e
i n d i g e n o u s
g r e e n
a l g a e w e r e
s u p p r e s s e d
w i t h
C U S O 4 .
S i m i l a r l y ,
W a t a n a b e
e t a l .
( 1 7 )
r e p o r t e d
t h a t
f a i l u r e o f
T .
t e n u i s
t o
c o l o n i z e
f l o o d e d
r i c e
s o i l s
w a s a s s o c i a t e d
w i t h
b l o o m s
o f
u n i c e l l u l a r
g r e e n
a l g a e ,
a l t h o u g h
t h e y
a t t r i b u t e d
t h e
f a i l u r e
t o
g r a z i n g
b y
m i c r o c r u s t a c e a n s .
The
p u r p o s e
o f t h i s
s t u d y
w a s
t o
d e t e r m i n e
w h e t h e r
t h e d e v e l o p m e n t
a n d
a c t i v i t y
o f
n i t r o -
g e n - f i x i n g
a l g a e
i n
f l o o d e d s o i l
a r e
s i g n i f i c a n t l y
i n f l u e n c e d
b y
o t h e r
a l g a e
a n d t o
a s s e s s
t h e f e a -
s i b i l i t y
o f s t i m u l a t i n g n i t r o g e n - f i x i n g
a l g a e
b y
s u p p r e s s i n g
t h e o t h e r
a l g a e .
MATERIALS
A N D M E T H O D S
A u l o s i r a
6 8
w a s
t h e
g i f t
o f
G .
S .
V e n k a t a r a m a n ,
I n d i a n A g r i c u l t u r a l
R e s e a r c h I n s t i t u t e ,
New D e l h i .
T .
t e n u i s
1 4 8 2 / 3 a
w a s f r o m t h e
C u l t u r e
C e n t r e
o f
A l g a e
a n d P r o t o z o a ,
C a m b r i d g e ,
E n g l a n d . B o t h
c u l t u r e s
w e r e
u n i a l g a l b u t
n o t a x e n i c .
A
s a m p l e
o f
M o r e l a n d
c l a y ,
a s o i l t h a t
h a d
b e e n
c u l t i v a t e d
t o l o w l a n d
r i c e ,
w a s f l o o d e d
w i t h
d i s t i l l e d
w a t e r
a m e n d e d w i t h
1 0 0 , u g
o f
K H 2 P O 4 - P
p e r
m l a n d
i n c u b a t e d
i n
t h e
l i g h t .
A
p o r t i o n
o f t h e
g r e e n
a l g a l b l o o m
t h a t
d e v e l o p e d r a p -
i d l y
i n t h i s f l o o d w a t e r
w a s
t r a n s f e r r e d
t o
B o l d ' s m e -
d i u m
( 3 )
a n d
i n c u b a t e d
a t 2 4 C
u n d e r
1 0 0 m i c r o -
E i n s t e i n s
p e r
s
p e r
m 2
o f
l i g h t
f r o m
f l u o r e s c e n t
l a m p s .
A f t e r
s e v e r a l
s u c c e s s i v e
t r a n s f e r s
i n
B o l d ' s
m e d i u m ,
t h e c u l t u r e
c o n t a i n e d
a l m o s t
o n l y
N e p h r o c y t i u m
s p .
To
p r e p a r e
i n o c u l a
f o r
t h e
f l o o d e d
s o i l s , c u l t u r e s
i n
t h e
l a t e
e x p o n e n t i a l
p h a s e
o f g r o w t h
w e r e
c o l l e c t e d
b y
c e n t r i f u g a t i o n
a t
4 C ,
a n d t h e
c e l l s w e r e
w a s h e d
w i t h
d i s t i l l e d
w a t e r
a n d
s u s p e n d e d
i n
e i t h e r
d i s t i l l e d
o r
t a p
w a t e r .
S i m e t r y n e
( 1 0 0 . 0 %
p u r e )
w a s
p r o v i d e d
b y
C i b a -
9 1 6
-
8/10/2019 Tolypotrix and Ather
2/6
N I T R O G E N
FIXATION BY
BLUE-GREEN
A L G A E
9 1 7
G e i g y ,
G r e e n s b o r o ,
N . C . N - M e t h y l - N ' - n i t r o - N - n i t r o -
s o g u a n i d i n e
( 9 7
p u r e )
was o b t a i n e d
f r o m
A l d r i c h
C h e m i c a l
C o . ,
M e t u c h e n , N . J .
E t h y l e n e
( C P ) a n d
p u r i f i e d
a c e t y l e n e
were
p u r c h a s e d
f r o m M a t h e s o n
G a s
P r o d u c t s ,
E a s t
R u t h e r f o r d ,
N . J .
C h l o r o p h y l l
was
d e t e r m i n e d
b y
f l u o r e s c e n c e
( 1 ) ,
u s i n g a
T u r n e r
m o d e l 1 1 0 f l u o r o m e t e r
( G . K .
T u r n e r
A s s o c . ,
P a l o A l t o ,
C a l i f . ) ;
t h e
f l u o r e s c e n c e
was
s t a n d -
a r d i z e d
a g a i n s t
an
e x t r a c t o f
T .
t e n u i s
made w i t h
a
m i x t u r e
( 9 : 1 ) o f d i m e t h y l s u l f o x i d e
a n d
w a t e r ( 1 2 ) .
The
c o n c e n t r a t i o n
o f c h l o r o p h y l l
was
d e t e r m i n e d
b y
t h e t r i c h r o m a t i c
m e t h o d ( 1 )
a f t e r e s t a b l i s h i n g
t h a t
t h e
f l u o r e s c e n c e
o f e x t r a c t s
made w i t h d i m e t h y l
s u l f o x i d e
a n d
a c e t o n e
were c o m p a r a b l e
a t
w a v e l e n g t h s o f
6 6 5
6 4 5 ,
a n d
6 3 0
nm To d e t e r m i n e
c h l o r o p h y l l
i n s o i l ,
t h e
s o i l
a n d
f l o o d w a t e r were
m i x e d
i n a W a r i n g b l e n d e r
f o r
1 2 0
s ,
a n d
1 . 0
ml o f
t h e s u s p e n s i o n
was t h e n a d d e d
t o
9 . 0 m l o f d i m e t h y l
s u l f o x i d e .
A f t e r
2
d a y s a t 4 C ,
t h e
e x t r a c t
was
c l a r i f i e d
b y
c e n t r i f u g a t i o n ,
a n d t h e
f l u o r e s c e n c e
was
d e t e r m i n e d
i m m e d i a t e l y . C h l o r o -
p h y l l
d e v e l o p m e n t
i n s o i l s
was
c o r r e c t e d
f o r f l u o r e s -
c e n t m a t e r i a l s
p r e s e n t
i n t h e
s o i l
b e f o r e
d e v e l o p m e n t
o f a l g a e .
P r o t e i n
was
d e t e r m i n e d
b y t h e L o w r y
m e t h o d
( 4 )
w i t h 5x
r e c r y s t a l l i z e d
e g g a l b u m i n
as
a s t a n d a r d .
A c e t y l e n e
a n d e t h y l e n e
w r
d e t e r m i n e d b y
u s i n g a
P e r k i n - E l m e r 3 9 2 0 B
gas
c h r o m a t o g r a p h
f i t t e d w i t h
a
1 . 0 - m
c o l u m n
p a c k e d w i t h 2 . 0
g o f
p h e n y l
i s o c y a n a t e /
P o r o s i l
C ( W a t e r s
A s s o c . ,
M i l f o r d , M a s s . ) .
The
c o l u m n
was
o p e r a t e d
a t e i t h e r
2
or 2 4 C .
A c e t y l e n e
r e d u c t i o n
a c t i v i t y
was d e t e r m i n e d
i n
t h e
same
c o n t a i n e r s
u s e d t o c u l t u r e
t h e a l g a e . S o i l
was
a d d e d
t o
5 0 0 - m l
p o l y s t y r e n e
N e s t r i t e
c o n t a i n e r s
( L i l l y - T u l i p
D i v i s i o n ,
O w e n s - I l l i n o i s ,
T o l e d o ,
O h i o ) .
The
s o i l ,
w h i c h h a d an e x p o s e d
s u r f a c e
area o f
8 0
cm2
a n d a
d e p t h
o f
a p p r o x i m a t e l y
1 . 0
cm , was f l o o d e d
t o
a
d e p t h
o f 2 . 5
cm . The c o n t a i n e r s
were i n c u b a t e d
a t
2 4 t o
2 8 C
u n d e r
2 5 0 t o
5 0 0 m i c r o E i n s t e i n s
per
s per
m 2
o f
f l u o r e s c e n t
l i g h t
f r o m
w i d e - s p e c t r u m
G r o - L u x
l a m p s .
The
c o n t a i n e r s
w r a r r a n g e d
u n d e r
t h e l a m p s
i n
a r a n d o m i z e d b l o c k
d e s i g n , a n d
a l l
t r e a t m e n t s were
r e p l i c a t e d
f o u r
t i m e s .
A f t e r
t h e
a p p r o p r i a t e i n t e r v a l ,
e a c h
c o n t a i n e r
was
f i t t e d
w i t h
a t r a n s p a r e n t
c r y s t a l -
l i n e - p o l y s t y r e n e
l i d
( L i l l y - T u l i p
D i v i s i o n ,
O w e n s - I l l i -
n o i s )
c o n t a i n i n g
r u b b e r s e p t u m .
The l i d s
were
s e a l e d
t o t h e c o n t a in e r s
w i t h
p l a s t i c
d e n t u r e
a d h e s i v e
( O r a f i x ;
N o r c l i f f
L a b o r a t o r i e s ,
F a i r f i e l d ,
C o n n . ) .
A c e t y l e n e
g as
a n d
a s o l u t i o n
o f
a c e t y l e n e
i n w a t e r
were
a d d e d
t h r o u g h
t h e s e p t a
w i t h
a
s y r i n g e .
The
m e a s u r e d a c e t -
y l e n e
c o n c e n t r a t i o n
i n
t h e
h e a d s p a c e
a n d
f l o o d w a t e r
r a n g e d f r o m
0 . 0 7
t o 0 . 0 9
atm ( c a .
7 . 1
t o
9 . 1 k P a ) .
A f t e r
8 . 0
h
o f
i n c u b a t i o n ,
t h e
q u a n t i t y
o f
e t h y l e n e
i n t h e
h e a d s p a c e
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f l o o d w a t e r
was d e t e r m i n e d
b y
w i t h -
d r a w i n g
a 2 . 0 - m l
s a m p l e
o f h e a d s p a c e
or
f l o o d w a t e r
f r o m t h e
c o n t a i n e r
w i t h a
s y r i n g e ,
i n j e c t i n g
t h e
s a m p l e
i n t o
a
s e a l e d ,
2 2 - m l
c u l t u r e
t u b e
f i l l e d w i t h a i r ,
m i x i n g
t h e c o n t e n t s
o f
t h e
t u b e
u n t i l
t h e
gases
were
e q u i l i -
b r a t e d ,
a n d t h e n
i n j e c t i n g
gas
f r o m
t h e c u l t u r e
t u b e
i n t o
t h e
gas
c h r o m a t o g r a p h .
A c e t y l e n e
r e d u c t i o n
ac-
t i v i t y i n
t h e c o n t a i n e r s
was
l i n e a r f o r
a t
l e a s t
8
h .
The t e s t s s e l e c t e d
f o r
s t a t i s t i c a l a n a l y s i s
o f
t h e
a c e t y l e n e
r e d u c t i o n
d a t a assume
a n o r m a l
d i s t r i b u t i o n
o f
t h e
r e s i d u a l s
( t h e
d e v i a t i o n s
o f i n d i v i d u a l
r e p l i c a t e s
f r o m
t h e i r t r e a t m e n t
m e a n s ) .
T he d a t a
were
s t r o n g l y
l e p t o k u r t i c ;
i . e . ,
t h e r e
were
more r e s i d u a l s
w i t h l o w or
h i g h
a b s o l u t e v a l u e s
a n d f e w e r r e s i d u a l s
w i t h m e d i u m -
s i z e d
a b s o l u t e v a l u e s
t h a n
w o u l d
b e
e x p e c t e d f r o m
a
n o r m a l
d i s t r i b u t i o n .
H o w e v e r ,
a
l o g a r i t h m i c
t r a n s f o r -
m a t i o n o f t h e
d a t a
p r o d u c e d a d i s t r i b u t i o n
o f
r e s i d u a l s
a c c e p t a b l y
c l o s e t o
t h e
n o r m a l d i s t r i b u t i o n .
T h e r e f o r e ,
t h e
c a l c u l a t i o n o f
m e a n s ,
t h e
f i t t i n g
o f
c o n f i d e n c e
i n t e r v a l s ,
a n d
t h e
a n a l y s e s
o f
v a r i a n c e
w e r e d o n e
o n a
l o g a r i t h m i c
t r a n s f o r m a t i o n
o f t h e
d a t a .
S a m p l e s o f M o r e l a n d
c l a y
a n d C r o w l e y s i l t
l o a m
w e r e
o b t a i n e d
f r o m
r i c e f i e l d s
n e a r C r o w le y ,
L a .
S a m -
p l e s
o f L i m a s i l t
l o a m w e r e
c o l l e c t e d
n e a r
A u r o r a ,
N . Y .
R E S U L T S
E f f e c t
o f
i n o c u l a t e d g r e e n
a l g a e .
T w e l v e
s o i l s
w e r e e x a m i n e d ,
b u t
n o n e s p o n t a n e o u s l y
p r o d u c e d
b l o o m s
o f g r e e n a l g a e , a l t h o u g h
s u c h
b l o o m s
a r e
common
i n
r i c e f i e l d s
( 1 3 ) .
The
s o i l s
a r e
d e s c r i b e d
e l s e w h e r e
( 1 9 ) .
The
a d d i t i o n o f
f i x e d n i t r o g e n
t o
s t i m u l a t e g r e e n a l g a e
w o u l d
h a v e
i n h i b i t e d
t h e
n i t r o g e n - f i x i n g
a c t i v i t y
o f t h e
b l u e - g r e e n
a l g a e ,
m a k i n g
i t
i m p o s s i b l e
t o
f o l l o w
t h e i r d e v e l o p m e n t
w i t h
t h e
a c e t y l e n e
r e d u c t i o n
a s s a y .
To
c r e a t e
a d e n s e
b l o o m
o f g r e e n
a l g a e ,
t h e r e f o r e ,
a s u s p e n s i o n
o f
w a s h e d
c e l l s o f
g r e e n
a l g a e
w a s
a d d e d
t o
s o i l .
The c o n t a i n e r s
r e c e i v e d
7 5
g
o f
m o i s t
L i n a
s o i l
( o v e n - d r i e d
w e i g h t ,
5 9
g ) ,
2 1 0
m l
o f
d i s t i l l e d
w a t e r , K H 2 P O 4 ( 1 0 0
, u g
o f
P
p e r
m l
o f f l o o d w a t e r ) ,
a n d f e r r i c
i r o n
c o m -
p l e x e d
w i t h
e t h y l e n e d i a m i n e t e t r a a c e t i c
a c i d ( 5
, u g
o f
F e 3
p e r
m l
o f f l o o d w a t e r ) .
C e r t a i n
c o n -
t a i n e r s
r e c e i v e d
a n i n o c u l u m o f
T . t e n u i s ( 0 . 1 7
m g , d r y
w e i g h t )
o r
a
m i x e d
s u s p e n s i o n
o f
g r e e n
a l g a e
c o n t a i n i n g
m o r e
t h a n 9 9 N e p h r o c y t i u m
s p .
( 3 . 8
m g , d r y w e i g h t ) .
I n
a d d i t i o n
t o
N e p h r o -
c y t i u m
s p . ,
t h e
c u l t u r e
o f
g r e e n a l g a e
o r i g i n a l l y
c o n t a i n e d
a f i l a m e n t o u s
g r e e n
a l g a
a n d
p r o t o z o a ,
t h e
l a t t e r
a p p a r e n t l y
f e e d i n g
o n b a c t e r i a ,
b u t
n e i t h e r
t h e
f i l a m e n t o u s
g r e e n
a l g a
n o r
t h e
p r o -
t o z o a
d e v e l o p e d
i n t h e
f l o o d e d
s o i l .
C h l o r o p h y l l
i n s o i l
i n o c u l a t e d
w i t h
N e p h r o -
c y t i u m
s p .
r e a c h e d
a
h i g h
c o n c e n t r a t i o n
b y
t h e
e n d
o f
d a y 1 ,
t h e n
g r o w t h
s l o w e d
m a r k e d l y
( T a b l e
1 .
The
c h l o r o p h y l l
c o n c e n t r a t i o n
i n
t h e
s o i l
w a s much
g r e a t e r
t h a n
t h e
maximum
c h l o -
r o p h y l l
c o n c e n t r a t i o n
a c h i e v e d
i n c u l t u r e .
I n
s o i l
i n o c u l a t e d
w t i h
T . t e n u i s
a l o n e ,
t h e
c h l o r o p h y l l
l e v e l
c o n t i n u e d
t o
i n c r e a s e u n t i l
t h e
c o n c e n t r a -
t i o n
was
h i g h e r
t h a n
t h a t
i n
s o i l i n o c u l a t e d
w i t h
e i t h e r
N e p h r o c y t i u m
s p .
o r
w i t h
b o t h t h e
g r e e n
a l g a
a n d
T .
t e n u i s .
The
g r e e n
a l g a
t h u s
a p p a r -
e n t l y
p r e v e n t e d
d e v e l o p m e n t
o f
t h e
n i t r o g e n -
f i x i n g
b l u e - g r e e n
a l g a .
The
i n t e r a c t i o n
b e t w e e n
g r e e n
a l g a e
a n d
t h e
n i t r o g e n - f i x i n g
a l g a e
i s
f u r t h e r
i l l u s t r a t e d
b y
t h e
a c e t y l e n e
r e d u c t i o n
a c t i v i t y
o f
t h e
s o i l .
I n d i g e -
n o u s
n i t r o g e n
f i x e r s
a n d
T . t e n u i s
f l u o r i s h e d
i n
t h e L i n a
s o i l ,
b u t
t h e
a c t i v i t y
o f
b o t h
i n d i g e n o u s
n i t r o g e n - f i x i n g
a l g a e
a n d
T .
t e n u i s
was
r e d u c e d
i n t h e
p r e s e n c e
o f t h e
g r e e n
a l g a .
A c e t y l e n e
V O L .
3 8 ,
1 9 7 9
-
8/10/2019 Tolypotrix and Ather
3/6
9 1 8 WILSON, GREENE,
A N D A LE XA ND ER
TABLE
1 . E f f e c t o f N e p h r o c y t i u m
s p .
o n
t h e
d e v e l o p m e n t o f
t h e
n i t r o g e n - f i x i n g
a l g a
T o l y p o t h r i x
t e n u i s i n
f l o o d e d
Lima s o i l
C h l o r o p h y l l
| h g / C M 2
of S o i l ) ,
C 2 H 4
f o r m e d
( n m o l / h
p e r
c m 2
o f
s o i l
I n o c u l u m
Day
Day
Day
Day
Day
1 Day 2
D ay
7 D ay 1 0
1
2
7
1 0 I
None
0 . 2 9
3 . 3 1 . 3 0 . 0 5 5
( 0 . 0 5 1 - 0 . 0 6 5 )
0 . 0 8 5
( 0 . 0 3 4 - 0 . 2 2 ) 0 . 8 8 ( 0 . 3 8 - 2 . 1 )
5 . 5
( 3 . 9 - 7 . 7 )
N e p h r o c y t i u m s p . '
5 . 7
4 . 6
9 . 1
< 0 . 0 5 < 0 . 0 5
0 . 3 8
( 0 . 2 8 - 0 . 5 2 )
0 . 6 7
( 0 . 4 2 - 1 . 1 )
T . t e n u i s '
0 . 3 9 5 . 8 1 6 0 . 3 2
( 0 . 2 2 - 0 . 4 8 )
3 . 5 ( 0 . 9 9 - 1 2 )
1 3
( 0 . 2 8 - 5 8 0 )
3 5
( 1 4 - 8 8 )
N e p h r o c y t i u m
s p . '
4 . 6
4 . 7
5 . 1
0 . 2 0
( 0 . 1 8 - 0 . 2 1 ) 0 . 5 4 ( 0 . 1 2 - 2 . 4 )
2 . 2 ( 0 . 2 6 - 1 9 )
2 . 1
( 0 . 1 8 - 2 4 )
a n d T .
t e n u i s d
L e a s t
s i g n i f i c a n t
d i f f e r e n c e
a t t h e 95
l e v e l :
i n c r e a s e o f
2 . 9
, t g
o v e r
t h a t
i n i t i a l l y p r e s e n t
p e r
c m 2
o f s o i l .
V a l u e s
i n
p a r e n t h e s e s
i n d i c a t e
95 c o n f i d e n c e i n t e r v a l .
' I n i t i a l
d e n s i t y ,
0 . 7 0
, u g
o f
c h l o r o p h y l l
a
p e r
c m 2 o f s o i l .
d
I n i t i a l d e n s i t y ,
0 . 0 2 0
, u g
o f
c h l o r o p h y l l
a
p e r
c m 2
o f
s o i l .
r e d u c t i o n
i n
t h e
d a r k w a s
n o t
d e t e c t e d ,
i n d i c a t -
i n g
t h a t
t h e
a l g a e
w e r e
t h e
d o m i n a n t
n i t r o g e n -
f i x i n g o r g a n i s m s
i n
t h e s o i l s t e s t e d . An
e x p e r i -
m e n t a l
s y s t e m
w a s
d e v e l o p e d
t o
d e t e r m i n e
w h e t h e r
c o m m u n i t i e s o f
a l g a e i n d i g e n o u s
t o r i c e
f i e l d s c o u l d
s u p p r e s s n i t r o g e n - f i x i n g a l g a e .
E f f e c t
o f
i n d i g e n o u s
a l g a e .
To d e m o n s t r a t e
t h e
i n f l u e n c e o f
i n d i g e n o u s
a l g a e
on t h e d e v e l -
o p m e n t
o f a n
i n t r o d u c e d
n i t r o g e n - f i x i n g a l g a
i n
s o i l ,
t h e
a b i l i t y
o f
a
n u m b e r
o f h e r b i c i d e s
t o
p r e v e n t
t h e
d e v e l o p m e n t
o f
i n d i g e n o u s
a l g a e
i n
s o i l
w a s f i r s t t e s t e d . A
v a r i a n t
o f a
n i t r o g e n -
f i x i n g
a l g a w a s t h e n
d e v e l o p e d
t h a t t o l e r a t e d
o n e
o f
t h e
h e r b i c i d e s ,
a n d
t h e
g r o w t h
o f
t h e
r e s i s t a n t
v a r i a n t i n s o i l
c o n t a i n i n g
h e r b i c i d e w a s
f i n a l l y c o m p a r e d w i t h
g r o w t h
o f
t h e
p a r e n t a l g a
i n
h e r b i c i d e - f r e e s o i l
c o n t a i n i n g i n d i g e n o u s
a l -
g a e .
I f
t h e
i n d i g e n o u s a l g a e
w e r e
l i m i t i n g
t h e
e x t e n t o f
d e v e l o p m e n t
o f
t h e
i n t r o d u c e d p a r e n t
a l g a , g r o w t h
o f t h e
v a r i a n t
s h o u l d
b e
s t i m u l a t e d
b y
t h e
a b s e n c e
o f t h e
i n d i g e n o u s a l g a e ,
t h a t
i s ,
i n
t h e
h e r b i c i d e - t r e a t e d
s o i l .
A u l o s i r a
6 8
w a s
s u b j e c t e d
t o
t h e
f o l l o w i n g
m u t a g e n e s i s p r o c e d u r e , a s e p t i c t e c h n i q u e s b e i n g
u s e d i n a l l
m a n i p u l a t i o n s .
A p p r o x i m a t e l y
1 0 0
m l
o f
a n
e a r l y
s t a t i o n a r y - p h a s e
c u l t u r e
w a s
c o l -
l e c t e d
b y c e n t r i f u g a t i o n
a t 8 , 0 0 0
x
g f o r
1 0
m i n ,
a n d t h e
r e s u l t i n g p e l l e t w a s
s u s p e n d e d i n
4 5
m l
o f
0 . 3 5
K 2 H P O 4
a d j u s t e d
t o pH 8 . 0 . N - M e t h y l -
N ' - n i t r o - N - n i t r o s o g u a n i d i n e
( 2 . 5
mg
d i s s o l v e d
i n
5 . 0 m l
o f
t h e p h o s p h a t e s o l u t i o n )
w a s
t h e n
a d d e d
t o t h e
s u s p e n s i o n .
A f t e r
3 0
m i n
a t r o o m t e m p e r -
a t u r e
u n d e r n o r m a l
r o o m
i l l u m i n a t i o n , t h e
c e l l s
w e r e
c o l l e c t e d b y
c e n t r i f u g a t i o n ,
a n d t h e p e l l e t
w a s
w a s h e d
o n c e i n t h e
p h o s p h a t e
s o l u t i o n
a n d
s u s p e n d e d t o i t s
o r i g i n a l d e n s i t y
i n
a m o d i f i c a -
t i o n o f
F o g g ' s
medium ( 2 0 ) .
To a l l o w
t i m e f o r
p h e n o t y p i c
e x p r e s s i o n
o f r e s i s t a n c e , t h e
c u l t u r e s
w e r e i n c u b a t e d
a t
2 5 0 C
f o r
1 4
d a y s
i n
h e r b i c i d e -
f r e e
medium
w i t h o u t
s h a k i n g
u n d e r 5 0
t o 1 0 0
m i c r o E i n s t e i n s p e r
s
p e r
m 2
o r
l i g h t ,
a n d t h e n
5 . 0 m l o f
t h e
c u l t u r e
w a s a d d e d t o 5 0 m l
o f
F o g g ' s medium c o n t a i n i n g
1 . 0 , u g
o f
s i m e t r y n e
p e r m l . A f t e r
1 7
d a y s
i n
t h e m e d i u m
c o n t a i n i n g
h e r b i c i d e ,
1 . 0
m l
o f
t h e
c u l t u r e
w a s
t r a n s f e r r e d
t o
5 0 m l o f
f r e s h , h e r b i c i d e - c o n t a i n i n g
m e d i u m .
The
c u l t u r e
r e a c h e d
a h i g h
d e n s i t y
i n t h e s e c o n d
t r a n s f e r . T h i s
v a r i a n t w a s
d e s i g n a t e d
A u l o s i r a
6 8 S y l .
By u s i n g
a
m o s t - p r o b a b l e - n u m b e r
t e c h -
n i q u e
t o
e s t a b l i s h t h e f r e q u e n c y
o f e v e n t s
p r o -
d u c i n g
r e s i s t a n t
v a r i a n t s ,
i t
w a s
e s t i m a t e d
t h a t
a b o u t o n e
s u c h
e v e n t
o c c u r r e d
p e r m i l l i g r a m
o f
p r o t e i n
e x p o s e d
t o
t h e
m u t a g e n .
The t o l e r a n c e
o f A u l o s i r a
6 8 S y l
a n d
t h e
p a r -
e n t
a l g a
t o
s i m e t r y n e
w a s
d e t e r m i n e d
b y
c o m -
p a r i n g
t h e
e f f e c t
o f t h e h e r b i c i d e o n
t h e i r
g r o w t h
r a t e s .
The
a l g a e
w e r e
i n o c u l a t e d
a t
a n
i n i t i a l
d e n s i t y
o f 6 . 4
j i g
o f
p r o t e i n p e r
m l i n t o
F o g g ' s
medium s u p p l e m e n t e d
w i t h
s i m e t r y n e .
The
c u l -
t u r e s w e r e
s a m p l e d
a f t e r
0 , 2 4 , 4 8 , 7 2 ,
a n d
9 6
h
o f i n c u b a t i o n a t
2 5 0 C
u n d e r 5 0 t o 1 0 0
m i c r o -
E i n s t e i n s
p e r
s
p e r
m 2
o f f l u o r e s c e n t
l i g h t .
The
p r o t e i n
a n d c h l o r o p h y l l
c o n t e n t o f
t h e
c u l t u r e s
w e r e d e t e r m i n e d
i n
d u p l i c a t e .
G r o w t h o f
t h e
p a r e n t a l g a , A u l o s i r a 6 8 ,
w a s
i n h i b i t e d
b y
0 . 2
u g
o f
s i m e t r y n e p e r
m l a n d was
t o t a l l y p r e v e n t e d
b y
0 . 8
, u g / m l
( T a b l e 2 .
I n
f a c t , c h l o r o p h y l l o r i g -
i n a l l y p r e s e n t
i n
t h e
i n o c u l u m b l e a c h e d
o u t ,
r e s u l t i n g
i n
n e g a t i v e
g r o w t h
r a t e s
w h e n
t h e
r a t e s
w e r e
c a l c u l a t e d
f r o m
i n c r e a s e s i n
c h l o r o p h y l l .
I n
c o n t r a s t , t h e
v a r i a n t
g r e w a t c o n c e n t r a t i o n s
u p
t o 0 . 8
, u g
o f
s i m e t r y n e
p e r
m l .
The t o l e r a n c e o f t h e
v a r i a n t
t o t h e h e r b i c i d e
i n
s o i l
w a s
d e m o n s t r a t e d
b y
m e a s u r i n g
t h e
i n -
s t a n t a n e o u s
r a t e
o f
i n c r e a s e
i n
a c e t y l e n e r e d u c -
t i o n a c t i v i t y .
A l l
c o n t a i ne r s r e c e i v e d 7 5
g
o f
m o i s t s o i l f r o m
a n a r t i f i c i a l m a r s h n e a r
I t h a c a ,
N . Y .
( 5 0 g
o f
o v e n - d r i e d
s o i l ) ,
2 0 0 m l
o f d i s t i l l e d
w a t e r , a n d
KH2PO4
( 2 0
, u g
o f P
p e r
m l ) .
C e r t a i n
c o n t a i n e r s
r e c e i v e d
a n
i n o c u l u m
o f
A u l o s i r a
6 8
o r
A u l o s i r a
6 8 S y l
c o n t a i n i n g 0 . 3 0
mg
o f
p r o t e i n .
Some
c o n t a i n e r s
a l s o
r e c e i v e d
0 . 4
o r
0 . 8 , u g
o f
s i m e t r y n e
p e r
m l
o f f l o o d w a t e r .
A c e t y l e n e
r e -
d u c t i o n w a s
a s s a y e d
a f t e r
5 ,
1 0 ,
1 5 ,
a n d 2 0
d a y s
o f
i n c u b a t i o n .
A u l o s i r a
6 8 S y l
b u t n o t A u l o s i r a
6 8
t o l e r a t e d
A P P L . E N V I R O N .
M I C R O B I O L .
-
8/10/2019 Tolypotrix and Ather
4/6
N I T R O G E N FIXATION
BY
BLUE-GREEN ALGAE
919
0 . 8
j i g
o f s i m e t r y n e p e r m l
( T a b l e
2 ) . A c e t y l e n e
r e d u c t i o n a c t i v i t y
w a s
n o t d e t e c t e d i n
u n i n o c u -
l a t e d s o i l
c o n t a i n i n g
0 . 8 , u g
o f
s i m e t r y n e p e r
m l
o f f l o o d w a t e r ,
i n d i c a t i n g
t h a t
t h e i n d i g e n o u s
a l -
g a e
w e r e
a l s o
s u p p r e s s e d
b y
t h i s
c o n c e n t r a t i o n
o f h e r b i c i d e .
G r o w t h
o f t h e
r e s i s t a n t
v a r i a n t i n
s o i l c o n t a i n i n g
u p
t o 0 . 8
, u g
o f
s i m e t r y n e
p e r
m l
o f f l o o d w a t e r
w a s
a t l e a s t
a s
r a p i d
a s
g r o w t h o f
e i t h e r
t h e
v a r i a n t
o r
p a r e n t
s t r a i n
i n
c u l t u r e
medium
w i t h o u t t h e h e r b i c i d e .
To
a s s e s s t h e
i n t e r a c t i o n b e t w e e n
a n i n t r o -
d u c e d
a l g a
a n d t h e a l g a e
i n d i g e n o u s
t o s o i l
t h a t
h a d b e e n
c u l t i v a t e d t o
l o w l a n d
r i c e , t h e
c o n -
t a i n e r s
r e c e i v e d e i t h e r 5 0
g o f C r o w l e y
s o i l o r 7 5
g
o f
M o r e l a n d
s o i l ,
e q u i v a l e n t
t o 4 2 o r 5 8
g
o f
o v e n - d r i e d
s o i l ,
r e s p e c t i v e l y ,
a s w e l l a s
KH2PO4
( 1 0 0 , u g
o f P
p e r
m l o f f l o o d w a t e r ) .
The f l o o d e d
s o i l s
w e r e
i n o c u l a t e d
w i t h A u l o s i r a
6 8
( 0 . 2 2
mg
TABLE
2 .
T o l e r a n c e
o f A u l o s i r a
6 8
and a
h e r b i c i d e -
r e s i s t a n t
v a r i a n t
t o
s i m e t r y n e
i n c u l t u r e
m e d i u m
and i n
s o i l
I n s t a n t a n e o u s
i n c r e a s e p e r
d a y
I n o c u l u m
S i m e t r y n e
P r o t e i n
C h l o r o -
C 2 H 4
t u r e
c u l t u r e
A u l o s i r a 6 8
0 . 0
0 . 4 6 0 . 4 9 0 . 4 3
+
0 . 0 9
0 . 2 0 . 1 2
0 . 1 6
0 . 4 0 . 1 2
- 0 . 0 4
0 . 2 8
0 . 1 2
0 . 8
0 . 0 1
- 0 . 1 7
< 0 . 1 1
A u l o s i r a
0 . 0
0 . 4 6
0 . 4 9
6 8 S y l
0 . 2
0 . 3 5 0 . 4 6
0 . 4
0 . 3 0
0 . 3 8
0 . 4 0
0 . 1 6
0 . 8
0 . 2 5
0 . 3 1
0 . 5 9
0 . 2 1
N o n e
( i n -
0 . 0
0 . 9 0
0 . 2 3
d i g e n o u s
0 . 4
0 . 2 6
0 . 0 8
a l g a e )
0 . 8
< 0 . 1 1
a
I n s t a n t a n e o u s
r a t e s o f
i n c r e a s e
o f
a c e t y l e n e
r e d u c -
t i o n
a c t i v i t y
a n d
t h e i r
9 5 c o n f i d e n c e
i n t e r v a l s .
The
r a t e s w e r e c a l c u l a t e d
f r o m
d a t a c o l l e c t e d a f t e r
5 a n d
1 0
d a y s
o f i n c u b a t i o n
i n s o i l
w i t h o u t
s i m e t r y n e ;
a f t e r
5 ,
1 0 ,
a n d
1 5
d a y s
i n
s o i l
w i t h
0 . 8
, u g
o f
s i m e t r y n e
p e r
m l a n d
A u l o s i r a 6 8 S y l ;
a n d
a f t e r
5 , 1 0 ,
1 5 ,
a n d
2 0
d a y s
o f i n c u b a t i o n
i n
o t h e r
s o i l s .
o f
p r o t e i n
i n
t h e i n o c u l u m )
or
A u l o s i r a 6 8 S y l
( 0 . 2 6
m o f p r o t e i n ) .
I f s i m e t r y n e was
not a d d e d
t o
M o r e l a n d
s o i l , a
b l o o m o f a l g a e d e v e l o p e d
a t
t h e
a i r - w a t e r i n t e r f a c e
w i t h i n 2 d a y s .
W i t h i n 5
d a y s ,
t h e s e
a l g a e
t u r n e d
b r o w n
a n d
d i s a p p e a r e d .
The a l g a e were m o r p h o l o g i c a l l y
s i m i l a r t o
t h e
s t r a i n o f N e p h r o c y t i u m
i s o l a t e d
f r o m t h i s
s o i l .
A l t h o u g h t h e
d e n s i t y
o f t h i s
b l o o m
was
not
d e t e r m i n e d , v i s u a l
i n s p e c t i o n
i n d i c a t e d
t h a t t h e
d e n s i t y
o f
green
a l g a e
i n
t h e M o r e l a n d
s o i l was
a p p r o x i m a t e l y
an o r d e r o f
m a g n i t u d e l e s s
t h a n
t h e d e n s i t y
o f N e p h r o c y t i u m
sp. i n o c u l a t e d i n t o
L i m a
s o i l
i n
t h e
e a r l i e r e x p e r i m e n t .
The
h e r b i c i d e
a t a
c o n c e n t r a t i o n o f
0 . 8
, L g / m l
o f f l o o d w a t e r
c o n t r o l l e d
t h e
i n d i g e n o u s
a l g a e o f
M o r e l a n d s o i l f o r a t l e a s t 1 0
d a y s a n d
i n
C r o w l e y
s o i l f o r
1 5 d a y s ( T a b l e 3 ) .
I n t h e
s i m e t r y n e -
a m e n d e d
s o i l , a c e t y l e n e r e d u c t i o n
a c t i v i t y
was
l o w ,
a n d
a l g a e were
n o t v i s i b l e
i n
t h e
w a t e r or
on
t h e
s o i l . I n d i g e n o u s a l g a e
i n s o i l s w i t h o u t
h e r b i c i d e
r e a c h e d
n e a r - m a x i m u m
a c e t y l e n e re-
d u c t i o n a c t i v i t y
a f t e r 1 0
d a y s .
I n C r o w l e y s o i l ,
t h e
s u p p r e s s i o n
o f
i n d i g e n o u s
a l g a e
b y t h e h e r -
b i c i d e a l l o w e d f o r
a g r e a t e r d e v e l o p m e n t
o f t h e
i n t r o d u c e d
a l g a
t h a n
was
e v i d e n t
i n
t h e
i n o c u -
l a t e d
b u t
s i m e t r y n e - f r e e
s o i l ,
a n d
t h e a c t i v i t y
o f
t h e
r e s i s t a n t
v a r i a n t a t 1 0
d a y s
was
a b o u t
t w i c e
t h a t o f
e i t h e r
t h e
p a r e n t
a l g a p l u s
i n d i g e n o u s
a l g a e
or t h e
i n d i g e n o u s
a l g a e
a l o n e .
I n M o r e l a n d
s o i l ,
h o w e v e r ,
t h e
i n d i g e n o u s
a l g a e d i d
n o t
r e -
d u c e
t h e e x t e n t
o f
d e v e l o p m e n t
o f
t h e i n t r o -
d u c e d a l g a ,
a n d
t h e
a c t i v i t y
o f b o t h
t h e v a r i a n t
a n d
p a r e n t a l g a
a t
1 0
d a y s
was
a b o u t t wi c e t h e
maximum
a c t i v i t y
o f t h e
i n d i g e n o u s
a l g a e .
D I S C U S S I O N
A l t h o u g h
a d e n s e
b l o o m o f
N e p h r o c y t i u m
s p .
p r o f o u n d l y
s u p p r e s s e d
n i t r o g e n - f i x i n g
a l g a e
i n
Lina
s o i l ,
t h e
a l g a e i n d i g e n o u s
t o
C r o w l e y
s o i l
h a d a
l i m i t e d
e f f e c t
on
an
i n t r o d u c e d
n i t r o g e n -
f i x i n g a l g a ,
a n d
t h e
s p e c i e s
i n d i g e n o u s
t o
More-
l a n d s o i l
had
no
e f f e c t .
P e r h a p s
t h i s
d i f f e r e n c e
ca n
b e
a t t r i b u t e d
t o
t h e i n i t i a l
d e n s i t y
o f
a l g a e
TABLE
3 .
E f f e c t
o f i n d i g e n o u s a l g a e
o n
t h e
d e v e l o p m e n t
o f
an
i n t r o d u c e d
n i t r o g e n - f i x i n g
a l g a
i n t w o
r i c e
s o i l s
C 2 H 2
r e d u c t i o n
a c t i v i t y ( n m o l
o f
C 2 H d / h
p e r c m 2
o f
s o i l a
S o i l
A d d i t i o n
D a y
5
D a y
1 0
D a y
1 5
C r o w l e y
None
0 . 3 6
( 0 . 1 7 - 0 . 7 8 )
3 0
( 1 4 - 6 1 )
1 2
( 9 . 6 - 1 6 )
A u l o s i r a 6 8
2 7
( 4 . 0 - 1 8 0 )
3 2
( 2 8 - 3 7 )
2 1
( 1 4 - 3 0 )
S i m e t r y n e
< 0 . 0 8
0 . 2 0
( 0 . 0 8 - 0 . 5 0 )
0 . 2 3
( 0 . 1 6 - 0 . 3 3 )
A u l o s i r a
6 8 S y l
a n d
s i m e t r y n e
0 . 3 7
( 0 . 0 4 - 3 . 2 )
6 8
( 3 9 - 1 1 5 )
3 . 2
( 0 . 1 4 - 7 1 )
M o r e l a n d
None
< 0 . 0 8
1 3
( 9 . 2 - 1 9 )
1 5
( 9 . 2 - 2 4 )
A u l o s i r a
6 8
9 . 1
( 2 . 1 - 4 1 )
3 2
( 2 7 - 3 9 )
1 4
( 5 . 1 - 3 7 )
S i m e t r y n e
< 0 . 0 8
0 . 3 6
( 0 . 1 8 - 0 . 7 5 )
7 . 3
( 0 . 8 2 - 6 5 )
A u l o s i r a
6 8 S y l
a n d
s i m e t r y n e
0 . 3 5
( 0 . 1 8 - 0 . 6 7 )
3 3
( 2 2 - 5 0 )
6 . 1
( 0 . 6 2 - 6 1 )
a
V a l u e s
i n
p a r e n t h e s e s r e p r e s e n t
9 5 c o n f i d e n c e
i n t e r v a l .
V O L .
3 8 ,
1 9 7 9
-
8/10/2019 Tolypotrix and Ather
5/6
9 2 0 WILSON,
GREENE,
AND A L E X A N D E R
i n
t h e s e s o i l s .
The M o r e l a n d a n d
C r o w l e y
s o i l s
d i d
n o t
c o n t a i n
d e n s e ,
w e l l - e s t a b l i s h e d
a l g a l
c o m m u n i t i e s
a t
t h e
b e g i n n i n g
o f
t h e
e x p e r i m e n t ,
t h e
i n d i g e n o u s
a l g a e
d e v e l o p i n g c o n c o m i t a n t l y
w i t h
t h e
i n t r o d u c e d
s p e c i e s .
I n
c o n t r a s t ,
t h e
n i t r o g e n - f i x i n g
a l g a
i n
L i m a
s o i l h a d
t o
c o n t e n d
f r o m
t h e b e g i n n i n g
w i t h a
f u l l y
d e v e l o p e d b l o o m
o f g r e e n
a l g a e .
T h e
i n h i b i t i o n
o f
n i t r o g e n - f i x i n g a l g a e b y
g r e e n
a l g a e
i n
L i m a
s o i l i s c o n s i s t e n t
w i t h
t h e
o b s e r v a t i o n
o f H i r a n o e t a l .
8
t h a t T .
t e n u i s
c o u l d n o t
c o l o n i z e
r i c e
f i e l d s
u n l e s s
i n d i g e n o u s
a l g a e
w e r e
s u p p r e s s e d
w i t h
C u S 0 4 .
S i m i l a r l y ,
t r e a t m e n t
o f r i c e
s o i l s
w i t h
s l a k e d
l i m e ,
w h i c h
k i l l s
i n d i g e n o u s a l g a e ,
a l l o w e d
T .
t e n u i s
t o c o l -
o n i z e
t h e
f l o o d w a t e r s
r e a d i l y
( 1 6 ) .
H e n c e ,
i n t e r -
a c t i o n s
among
a l g a e
c a n
b e
a
b a r r i e r
t o
t h e
s u c c e s s f u l e s t a b l i s h m e n t
o f
a n
i n t r o d u c e d n i t r o -
g e n - f i x i n g
i n o c u l u m .
The
p o t e n t i a l l y
i n h i b i t o r y
i n t e r a c t i o n s
a m o n g
a l g a e
i n
s o i l
i n c l u d e
c o m p e t i t i o n
a n d a m e n s a l -
i s m .
I n
n a t u r a l
w a t e r s ,
i t
h a s b e e n
o c c a s i o n a l l y
p o s s i b l e
t o
i d e n t i f y
w h i c h
i n t e r a c t i o n
i s
o p e r a -
t i n g .
T i t m a n e t a l .
( 1 4 )
s h o w e d
t h a t
c o m p e t i t i o n
a l l o w e d t h e
s t a b l e
c o e x i s t e n c e o f t w o
d i a t o m s ;
w h e n t h e
r a t i o o f c o n c e n t r a t i o n s
o f
p h o s p h a t e
a n d s i l i c a t e
w a s i n
a c e r t a i n
r a n g e ,
t h e
d e m a n d
o f o n e
a l g a
f o r
p h o s p h a t e
p r o d u c e d
a
p h o s p h a t e
c o n c e n t r a t i o n t h a t
w a s
g r o w t h l i m i t i n g
f o r
t h e
s e c o n d
a l g a ,
a n d
t h e
d e m a n d
o f
t h e
s e c o n d
a l g a
f o r
s i l i c a t e p r o d u c e d
a
c o n c e n t r a t i o n t h a t
w a s
g r o w t h
l i m i t i n g
f o r t h e f i r s t
a l g a .
S i m i l a r l y ,
K l o t z
e t
a l .
( 1 0 ) s h o w e d t h a t
C h l o r e l l a
s p .
e x c l u d e d
A c h n a n t h e s
d e f l e x a
f r o m
r i v e r w a t e r
b y
c o m -
p e t i t i o n . On
t h e o t h e r
h a n d ,
K e a t i n g ( 9 )
a t t r i b -
u t e d
t h e
d o m i n a n c e
o f b l u e - g r e e n a l g a e
i n
a
e u t r o p h i c l a k e t o i t s
r e l e a s e
o f a
h e a t - l a b i l e
s u b s t a n c e t o x i c t o
g r e e n a l g a e a n d d i a t o m s ,
a n d
M u r p h y
e t
a l . ( 1 1 )
s h o w e d t h a t i r o n - c h e l a t i n g
c o m p o u n d s e x c r e t e d
b y
b l u e g r e e n
a l g a e
w e r e
t o x i c
t o o t h e r
a l g a e .
The t y p e
o f i n t e r a c t i o n
t h a t
may
o c c u r among
a l g a e h a s i m p o r t a n t
a g r i c u l t u r a l
i m p l i c a t i o n s
b e -
c a u s e
c o m p e t i t i o n c a n b e
r e l i e v e d b y
f e r t i l i z i n g
w i t h
t h e
l i m i t i n g n u t r i e n t , b u t
a m e n s a l i s m c a n
o n l y
b e
o v e r c o m e b y s u p p r e s s i n g
t h e o r g a n i s m s
t h a t
a r e
r e s p o n s i b l e . The
s o i l u s e d i n
t h i s
s t u d y
w a s
a m e n d e d
w i t h s u f f i c i e n t p h o s p h o r u s
t o
i n -
s u r e
t h a t
t h e e l e m e n t w a s n o t
l i m i t i n g ,
a n d
n i t r o g e n
w o u l d n o t b e l i m i t i n g
f o r n i t r o g e n - f i x i n g
o r g a n i s m s . I f
c o m p e t i t i o n f o r a n u t r i e n t
l i m i t e d
t h e
n i t r o g e n - f u i n g a l g a e ,
t h e s u b s t a n c e i n s h o r t
s u p p l y
w a s
p r o b a b l y
c a r b o n ,
s u l f u r , o r a t r a c e
e l e m e n t .
D e
a n d
S u l a i m a n
( 7 )
r e p o r t e d t h a t
C 0 2
a v a i l a b i l i t y l i m i t e d n i t r o g e n
f i x a t i o n b y a l g a e i n
t w o
r i c e
s o i l s f r o m
I n d i a , b u t s u l f a t e w a s n o t
l i m i t i n g
i n
t h e
s o i l s
t h e y s t u d i e d . H o w e v e r ,
a
c o m p e t i t i o n
f o r
n u t r i e n t s
p r o b a b l y
d o e s n o t e x -
p l a i n
t h e
s u p p r e s s i o n
o f
t h e
n i t r o g e n - f i x i n g
a l g a e
b y
t h e d e n s e b l o o m s o f
N e p h r o c y t i u m
s p .
T h e r e
w a s l i t t l e
g r o w t h o f
N e p h r o c y t i u m s p . a f t e r
d a y
1 , s o t h i s a l g a p r o b a b l y d i d n o t
a c t
a s
a n
o n g o i n g
s i n k
f o r
n u t r i e n t s ,
y e t
d e v e l o p m e n t
o f
i n d i g e -
n o u s ,
n i t r o g e n - f i x i n g a l g a e a n d T . t e n u i s was
i n h i b i t e d f o r a t l e a s t 1 0
d a y s , s u g g e s t i n g t h a t
a m e n s a l i s m
may
h a v e b e e n a
f a c t o r .
U s e
o f
h e r b i c i d e - r e s i s t a n t a l g a e
i s a u s e f u l t o o l
f o r
t h e
d e t e c t i o n
o f
i n t e r a c t i o n s among a l g a e
i n
c o m p l e x m o d e l
e c o s y s t e m s .
The
m e t h o d o l o g y
d e v e l o p e d
i n t h e
l a b o r a t o r y - s c a l e
e x p e r i m e n t a l
m o d e l
s h o u l d b e e a s i l y
a d a p t a b l e
t o
f i e l d
s t u d i e s ,
a l l o w i n g
e x p e r i m e n t a l m a n i p u l a t i o n o f
p o p u l a -
t i o n s o f a l g a e i n
w a y s
t h a t
w e r e p r e v i o u s l y
i m -
p o s s i b l e .
H e r b i c i d e - r e s i s t a n t
a l g a e
may
a l s o
b e
a g r i c u l t u r a l l y
u s e f u l .
I f
a
h e r b i c i d e
u s e d
f o r
w e e d
c o n t r o l i n r i c e f i e l d s a l s o
k i l l s
a l g a e ,
i n o c u l a t i o n
w i t h
a
r e s i s t a n t a l g a
s h o u l d
r e s t o r e a n i m p o r t a n t
s o u r c e o f
b i o l o g i c a l l y
f i x e d n i t r o g e n .
I f
r i c e f i e l d s
r o u t i n e l y
d e v e l o p
d e n s e
b l o o m s o f
g r e e n a l g a e ,
u s e
o f
t h e
h e r b i c i d e a n d
a
r e s i s t a n t
a l g a
may
e v e n
s t i m u l a t e
n i t r o g e n
f i x a t i o n
b y t h e s e
o r g a -
n i s m s .
ACKNOWLEDGMENTS
W e t h a n k W.
B o l l i c k
f o r
t h e L o u i s i a n a s o i l s .
T h i s r e s e a r c h w a s
s u p p o r t e d
i n
p a r t
b y a g r a nt f r o m t h e
U n i t e d N a t i o n s
D e v e l o p m e n t P r o g r a m .
L I T E R A T U R E C ITE D
1 . American
P u b l i c
H e a l t h
A s s o c i a t i o n .
1 9 7 5 .
S t a n d a r d
m e t h o d s f o r
t h e e x a m i n a t i o n
o f
w a t e r a n d
w a s t e w a t e r ,
1 4 t h
e d .
A m e r i c a n P u b l i c H e a l t h
A s s o c i a t i o n ,
I n c . ,
W a s h i n g t o n ,
D . C .
2 .
Anonymous.
1 9 7 3 .
A n n u a l
r e p o r t
f o r 1 9 7 2 .
I n t e r n a t i o n a l
R i c e
R e s e a r c h
I n s t i t u t e ,
L o s
B a n o s ,
P h i l i p p i n e s .
3 .
B o l d ,
H . C . 1 9 4 9 . The
m o r p h o l o g y
o f
C h i a m y d o m o n a s
c h l a m y d o g a m a s p .
n o v .
B u l l .
T o r r e y
B o t . C l u b
7 6 : 1 0 1 -
1 0 8 .
4 .
C o l o w i c k ,
S .
P . ,
and N . 0 .
K a p l a n ( e d . ) .
1 9 5 7 .
M e t h o d s
i n
e n z y m o l o g y ,
v o l .
3 ,
p .
4 4 8 - 4 5 0 .
A c a d e m i c P r e s s
I n c . ,
New
Y o r k .
5 .
D e ,
P .
K . 1 9 3 6 .
The
p r o b l e m
o f
t h e
n i t r o g e n s u p p l y
o f
r i c e .
I .
F i x a t i o n o f n i t r o g e n
i n
t h e
r i c e s o i l s
u n d e r
w a t e r l o g g e d c o n d i t i o n s . I n d i a n J .
A g r i c .
S c i .
6 : 1 2 3 7 -
1 2 4 5 .
6 .
D e ,
P .
K . , a n d
L .
N . M a n d a l . 1 9 5 6 . F i x a t i o n
o f
n i t r o g e n
b y a l g a e
i n
r i c e s o i l s . S o i l S c i .
8 1 : 4 5 3 - 4 5 8 .
7 .
D e ,
P .
K . ,
and M. S u l a i m a n . 1 9 5 0 . F i x a t i o n
i n r i c e
s o i l s
b y
a l g a e
a s
i n f l u e n c e d
b y c r o p ,
C 0 2 ,
a n d
i n o r g a n i c
s u b s t a n c e s . S o i l
S c i . 7 0 : 1 3 7 - 1 5 1 .
8 .
H i r a n o ,
T . , K .
S h i r a i s h i ,
and K .
N a k a n o . 1 9 5 5 .
S t u d i e s
o n t h e
b l u e - g r e e n
a l g a e
i n
l o w l a n d
p a d d y
s o i l .
P a r t
1 .
On
s o m e
c o n d i t i o n s f o r
g r o w t h
o f
B . G . A .
i n
p a d d y
s o i l
a n d i t s
e f f e c t s o n
g r o w t h
o f
p a d d y
r i c e
p l a n t .
S h i k o k u
N o g y o
S h i k e n j o
H o k o k u 2 : 1 2 1 - 1 3 7 .
( I n
J a p a n e s e . )
9 .
K e a t i n g ,
K .
L .
1 9 7 8 .
B l u e - g r e e n
a l g a l
i n h i b i t i o n
o f
d i a t o m
g r o w t h : t r a n s i t i o n f r o m
m e s o t r o p h i c
t o
e u t r o p h i c
c o m -
m u n i t y
s t r u c t u r e .
S c i e n c e 1 9 9 : 9 7 1 - 9 7 3 .
1 0 .
K l o t z ,
R .
L . ,
J . R .
C a i n ,
and
F . R . T r a i n e r . 1 9 7 6 .
A l g a l
c o m p e t i t i o n
i n
a n e p i l i t h i c r i v e r f l o r a .
J .
P h y c o l .
1 2 :
3 6 3 - 3 6 8 .
1 1 .
M u r p h y ,
T .
P . ,
D . R . S .
L e a n , an d
C . N .
N a l e w a j k o .
1 9 7 6 .
B l u e - g r e e n
a l g a e :
t h e i r
e x c r e t i o n o f
i r o n - s e l e c t i v e
A P P L .
E N V I R O N . M I C R O B I O L .
-
8/10/2019 Tolypotrix and Ather
6/6
N I T R O G E N FIXATION BY
B L U E - G R E E N
ALGAE
921
c h e l a t o r s e n a b l e s t h e m t o
d o m i n a t e
o t h e r
a l g a e .
S c i e n c e
1 9 2 : 9 0 0 - 9 0 2 .
1 2 .
S h o a f ,
W. T . ,
and
B . W .
Lium.
1 9 7 6 .
I m p r o v e d
e x t r a c -
t i o n o f
c h l o r o p h y l l a a n d b f r o m
a l g a e
u s i n g d i m e t h y l
s u l f o x i d e . L i m m o l . O c e a n o g r .
2 1 : 9 2 6 - 9 2 8 .
1 3 .
S i n g h ,
R .
N .
1 9 6 1 .
R o l e
o f
b l u e - g r e e n
a l g a e
i n
n i t r o g e n
economy
o f I n d i a n
a g r i c u l t u r e .
I n d i a n
C o u n c i l
o f
A g r i -
c u l t u r a l
R e s e a r c h ,
N ew D e l h i .
1 4 .
T i t m a n ,
D .
1 9 7 6 .
E c o l o g i c a l
c o m p e t i t i o n
b e t w e e n
a l g a e :
e x p e r i m e n t a l
c o n f i r m a t i o n
o f
r e s o u r c e - b a s e d
c o m p e t i -
t i o n t h e o r y .
S c i e n c e 1 9 2 : 4 6 3 - 4 6 5 .
1 5 .
Venkataraman,
G . S . 1 9 7 5 . The r o l e
o f
b l u e - g r e e n
a l g a e
i n
t r o p i c a l
r i c e
c u l t i v a t i o n ,
p .
2 0 7 - 2 1 8 . I n W.
D .
P .
S t e w a r t
( e d . ) , N i t r o g e n
f i x a t i o n
b y
f r e e - l i v i n g
m i c r o -
o r g a n i s m s . C a m b r i d g e U n i v e r s i t y P r e s s ,
C a m b r i d g e .
1 6 .
W a t a n a b e , A .
1 9 6 2 .
E f f e c t
o f
n i t r o g e n - f i x i n g b l u e - g r e e n
a l g a :
T o l y p o t h r i x t e n u i s
on t h e n i tr o g e n ou s f e r t i l i t y o f
p a d d y s o i l a n d on t h e
crop y i e l d
o f r i c e p l a n t .
J . G e n .
A p p l . M i c r o b i o l .
8 : 8 5 - 9 1 .
1 7 .
W a t a n a b e ,
A . ,
R . I t o , an d
T .
S a s a . 1 9 5 5 . M i c r o - a l g a e as
a source o f n u tr i e n ts
f o r
d a p h n i d s .
J . G e n . A p p l .
M i c r o -
b i o l .
1 : 1 3 7 - 1 4 1 .
1 8 .
W a t a n a b e , A . , S .
N i s h i g a k i ,
and
C .
K o n i s h i .
1 9 5 1 .
E f f e c t
o f n i t r o g e n - f i x i n g b l u e - g r e e n a l g a e
on t h e g r o w t h
o f
r i c e
p l a n t s .
N a t u r e ( L o n d o n ) 1 6 8 : 7 4 8 - 7 4 9 .
1 9 .
W i l s o n , J .
T . , and
M .
A l e x a n d e r . 1 9 7 9 . E f f e c t o f
s o i l
n u t r i e n t
s t a t u s
a n d
pH
on n i t r o g e n - f i x i n g
a l g a e
i n
f l o o d e d s o i l s . S o i l
S c i . S o c . Am.
J . 4 3 : 9 3 6 - 9 3 9 .
2 0 .
W o d z i n s k i , R . S . , D . P .
L a b e d a , an d M . A l e x a n d e r .
1 9 7 8 .
E f f e c t o f
l o w
c o n c e n t r a t i o n s
o f b i s u l f i t e - s u l f i t e a n d
n i t r i t e on
m i c r o o r g a n i s m s . A p p l . E n v i r o n . M i c r o b i o l .
3 5 : 7 1 8 - 7 2 3 .
V O L .
3 8 ,
1 9 7 9