Informatie

8.3: De effecten van pH op microbiële groei - biologie


Vaardigheden om te ontwikkelen

  • Illustreer en beschrijf kort de minimale, optimale en maximale pH-vereisten voor groei
  • Identificeer en beschrijf de verschillende categorieën microben met pH-vereisten voor groei: acidofielen, neutrofielen en alkalifielen
  • Geef voorbeelden van micro-organismen voor elke categorie van pH-vereisten

Yoghurt, augurken, zuurkool en met limoen gekruide gerechten hebben allemaal hun pittige smaak te danken aan een hoog zuurgehalte (Figuur (PageIndex{1})). Bedenk dat de zuurgraad een functie is van de concentratie van waterstofionen [H+] en wordt gemeten als pH. Omgevingen met pH-waarden lager dan 7,0 worden als zuur beschouwd, terwijl omgevingen met pH-waarden boven 7,0 als basisch worden beschouwd. Extreme pH beïnvloedt de structuur van alle macromoleculen. De waterstofbruggen die DNA-strengen bij elkaar houden, breken bij hoge pH. Lipiden worden gehydrolyseerd door een extreem basische pH. De proton-aandrijfkracht die verantwoordelijk is voor de productie van ATP bij cellulaire ademhaling hangt af van de concentratiegradiënt van H+ over het plasmamembraan (zie Cellulaire ademhaling). Als H+ ionen worden geneutraliseerd door hydroxide-ionen, de concentratiegradiënt stort in en schaadt de energieproductie. Maar de component die het meest gevoelig is voor pH in de cel, is zijn werkpaard, het eiwit. Matige veranderingen in de pH wijzigen de ionisatie van functionele aminozuurgroepen en verstoren de waterstofbinding, wat op zijn beurt veranderingen in de vouwing van het molecuul bevordert, denaturatie bevordert en de activiteit vernietigt.

Afbeelding (PageIndex{1}): Melkzuurbacteriën die melk fermenteren tot yoghurt of groenten omzetten in augurken, gedijen goed bij een pH van bijna 4,0. Zuurkool en gerechten als pico de gallo danken hun pittige smaak aan hun zuurgraad. Zure voedingsmiddelen zijn al eeuwenlang een steunpilaar van het menselijke dieet, deels omdat de meeste microben die voedselbederf veroorzaken het best groeien bij een bijna neutrale pH en zuurgraad niet goed verdragen. (credit “yoghurt”: wijziging van werk door “nina.jsc”/Flickr; credit “pickles”: wijziging van werk door Noah Sussman; credit “zuurkool”: wijziging van werk door Jesse LaBuff; credit “pico de gallo”: wijziging van werk van "regan76" / Flickr)

De optimale groei pH is de meest gunstige pH voor de groei van een organisme. De laagste pH-waarde die een organisme kan verdragen, wordt de minimale groei-pH genoemd en de hoogste pH is de maximale groei-pH. Deze waarden kunnen een breed bereik bestrijken, wat belangrijk is voor de bewaring van voedsel en voor het voortbestaan ​​van micro-organismen in de maag. Bijvoorbeeld, de optimale groei-pH van Salmonella spp. is 7,0-7,5, maar de minimale groei-pH ligt dichter bij 4,2.

De meeste bacteriën zijn neutrofielen, wat betekent dat ze optimaal groeien bij een pH binnen een of twee pH-eenheden van de neutrale pH van 7 (zie figuur (PageIndex{2})). Meest bekende bacteriën, zoals Escherichia coli, stafylokokken en Salmonella spp. zijn neutrofielen en doen het niet goed in de zure pH van de maag. Er zijn echter pathogene stammen van E. coli, S. typhi, en andere soorten darmpathogenen die veel beter bestand zijn tegen maagzuur. Ter vergelijking: schimmels gedijen goed bij licht zure pH-waarden van 5,0-6,0.

Micro-organismen die optimaal groeien bij een pH lager dan 5,55 worden acidofielen genoemd. Bijvoorbeeld de zwavel-oxiderende Sulfolobus spp. geïsoleerd van zwavelmoddervelden en warmwaterbronnen in Yellowstone National Park zijn extreme acidofielen. Deze archaea overleven bij pH-waarden van 2,5-3,5. Soorten van het archaïsche geslacht Ferroplasma leven in zure mijnafvoer bij pH-waarden van 0-2,9. Lactobacillus bacteriën, die een belangrijk onderdeel vormen van de normale microbiota van de vagina, kunnen een zure omgeving verdragen bij pH-waarden 3,5-6,8 en dragen ook bij aan de zuurgraad van de vagina (pH van 4, behalve bij het begin van de menstruatie) door hun metabolische productie van melkzuur. De zuurgraad van de vagina speelt een belangrijke rol bij het remmen van andere microben die minder tolerant zijn voor zuurgraad. Acidofiele micro-organismen vertonen een aantal aanpassingen om te overleven in sterk zure omgevingen. Eiwitten vertonen bijvoorbeeld een verhoogde negatieve oppervlaktelading die ze stabiliseert bij een lage pH. Pompen stoten actief H . uit+ ionen uit de cellen. De veranderingen in de samenstelling van membraanfosfolipiden weerspiegelen waarschijnlijk de noodzaak om de vloeibaarheid van het membraan bij een lage pH te handhaven.

Afbeelding (PageIndex{2}): De curven tonen de benaderde pH-bereiken voor de groei van de verschillende klassen van pH-specifieke prokaryoten. Elke curve heeft een optimale pH en extreme pH-waarden waarbij de groei sterk wordt verminderd. De meeste bacteriën zijn neutrofielen en groeien het best bij een bijna neutrale pH (middencurve). Acidofielen hebben een optimale groei bij pH-waarden in de buurt van 3 en alkalifielen hebben een optimale groei bij pH-waarden boven 9.

Aan de andere kant van het spectrum bevinden zich alkalifielen, micro-organismen die het beste groeien bij een pH tussen 8,0 en 10,5. Vibrio cholerae, de ziekteverwekker van cholera, groeit het best bij de licht basische pH van 8,0; het kan pH-waarden van 11,0 overleven, maar wordt geïnactiveerd door het maagzuur. Als het gaat om overleven bij een hoge pH, is de felroze archaïsche Natronobacterium, gevonden in de soda-meren van de Afrikaanse Rift Valley, kan het record houden bij een pH van 10,5 (Figuur (PageIndex{3})). Extreme alkalifielen hebben zich aangepast aan hun barre omgeving door evolutionaire wijziging van de lipide- en eiwitstructuur en compenserende mechanismen om de proton-aandrijfkracht in een alkalische omgeving te behouden. Bijvoorbeeld, de alkalifiel Bacillus firmus haalt de energie voor transportreacties en beweeglijkheid uit een Na+ ionengradiënt in plaats van een protonaandrijfkracht. Veel enzymen van alkalifielen hebben door een toename van het aantal basische aminozuren een hoger iso-elektrisch punt dan homologe enzymen van neutrofielen.

Afbeelding (PageIndex{3}): Uitzicht vanuit de ruimte op Lake Natron in Tanzania. De roze kleur is te wijten aan de pigmentatie van de extreme alkalifiele en halofiele microben die het meer koloniseren. (credit: NASA)

Sleutelbegrippen en samenvatting

  • Bacteriën zijn over het algemeen neutrofielen. Ze groeien het best bij een neutrale pH van bijna 7,0.
  • Acidofielen optimaal groeien bij een pH in de buurt van 3,0. alkalifielen zijn organismen die optimaal groeien tussen een pH van 8 en 10,5. Extreme acidofielen en alkalifielen groeien langzaam of helemaal niet in de buurt van een neutrale pH.
  • Micro-organismen groeien het best op hun optimale groei pH. De groei vindt langzaam of helemaal niet plaats onder de minimale groei pH en boven de maximale groei pH.

Meerkeuze

Bacteriën die groeien in mijnafvoer bij pH 1-2 zijn waarschijnlijk welke van de volgende?

A. alkalifielen
B. acidofielen
C. neutrofielen
D. obligate anaëroben

B

Welke van de volgende bacteriën zijn geïsoleerd uit Lake Natron, waar de pH van het water dicht bij 10 ligt?

A. facultatieve anaëroben
C. obligate anaëroben

EEN

In welke omgeving kom je het meest een acidofiel tegen?

A. menselijk bloed bij pH 7,2
B. een hete ontluchting bij pH 1.5
C. menselijke darm bij pH 8.5
D. melk bij pH 6.5

B

Vul de blanco in

Een bacterie die gedijt in een sodameer waar de gemiddelde pH 10,5 is, kan worden geclassificeerd als a(n) ________.

alkalifiel

Lactobacillus acidophilus groeit het beste bij pH 4,5. Het wordt beschouwd als een (n) ________.

acidofiel

Kort antwoord

Welk macromolecuul in de cel is het meest gevoelig voor veranderingen in pH?

Welk metabolisch proces in de bacteriecel is bijzonder uitdagend bij hoge pH?

Kritisch denken

Mensen die protonpompremmers of maagzuurremmers gebruiken, zijn vatbaarder voor infecties van het maagdarmkanaal. Kun je de observatie uitleggen in het licht van wat je hebt geleerd?

Bijdrager

  • Nina Parker, (Shenandoah University), Mark Schneegurt (Wichita State University), Anh-Hue Thi Tu (Georgia Southwestern State University), Philip Lister (Central New Mexico Community College) en Brian M. Forster (Saint Joseph's University) met vele bijdragende auteurs. Originele inhoud via Openstax (CC BY 4.0; gratis toegang op https://openstax.org/books/microbiology/pages/1-introduction)


De invloed van pH-kenmerken op het voorkomen van coliforme bacteriën in de Straat van Madura

Een van de meest voorkomende soorten bacteriën die in de oceaan worden aangetroffen, is een gramnegatieve bacterie, waaronder Coliform-bacteriën. Deze bacteriën zijn regelmatig waargenomen in de wateren rond het eiland Madura. De zuurgraad (pH) is een van de belangrijke factoren bij de groei van bacteriën. Dit onderzoek was gericht op het kennen van de pH-kenmerken en de effecten ervan op het voorkomen van gramnegatieve bacteriën in de Straat van Madura. Het resultaat laat zien dat de pH-verdelingspatronen in de onderzoekslocatie 6,9-8,3 (2012) en 6,3-8 (2013) waren, en de overleving van bacteriën in een zure omgeving was respectievelijk 7,5% en in een alkalische omgeving 66,11%.


Invoering

Figuur 1. Prokaryoten hebben een grote metabolische diversiteit met belangrijke gevolgen voor andere levensvormen. Zure mijnafvoer (links) is een ernstig milieuprobleem als gevolg van de introductie van water en zuurstof aan sulfide-oxiderende bacteriën tijdens mijnbouwprocessen. Deze bacteriën produceren grote hoeveelheden zwavelzuur als bijproduct van hun metabolisme, wat resulteert in een omgeving met een lage pH die veel waterplanten en dieren kan doden. Aan de andere kant zijn sommige prokaryoten essentieel voor andere levensvormen. Wortelknollen van veel planten (rechts) bevatten stikstofbindende bacteriën die atmosferische stikstof omzetten in ammoniak, wat een bruikbare stikstofbron voor deze planten vormt. (credit links: wijziging van werk door D. Hardesty, USGS Columbia Environment Research Center credit rechts: wijziging van werk door Celmow SR, Clairmont L, Madsen LH en Guinel FC)​

Gedurende de hele geschiedenis van de aarde is het microbiële metabolisme een drijvende kracht geweest achter de ontwikkeling en het onderhoud van de biosfeer van de planeet. Eukaryotische organismen zoals planten en dieren zijn doorgaans afhankelijk van organische moleculen voor energie, groei en voortplanting. Prokaryoten daarentegen kunnen een breed scala aan organische en anorganische stoffen metaboliseren, van complexe organische moleculen zoals cellulose tot anorganische moleculen en ionen zoals atmosferische stikstof (N2), moleculaire waterstof (H2), sulfide (S 2− ), mangaan (II) ionen (Mn 2+ ), ferro-ijzer (Fe 2+ ) en ferri-ijzer (Fe 3+ ), om er maar een paar te noemen. Door dergelijke stoffen te metaboliseren, zetten microben ze chemisch om in andere vormen. In sommige gevallen produceert het microbiële metabolisme chemicaliën die schadelijk kunnen zijn voor andere organismen, in andere gevallen produceert het stoffen die essentieel zijn voor het metabolisme en de overleving van andere levensvormen (Figuur 1).


Waarom is pH belangrijk?

pH is een belangrijke hoeveelheid die de chemische omstandigheden van een oplossing weerspiegelt. De pH kan de beschikbaarheid van voedingsstoffen, biologische functies, microbiële activiteit en het gedrag van chemicaliën regelen. Daarom is het bewaken of regelen van de pH van bodem, water en voedsel- of drankproducten belangrijk voor een breed scala aan toepassingen.

Landbouw en tuinieren

De bodem is een complex systeem waarbij veel verschillende factoren betrokken zijn die worden beïnvloed door de pH van de bodem, zoals microbiële activiteit, schimmelgroei, beschikbaarheid van voedingsstoffen en wortelgroei [1].

Onder zure omstandigheden worden veel mineralen in de bodem oplosbaar, waarbij giftige metalen zoals aluminium vrijkomen. Sommige voedingsstoffen, zoals fosfor en molybdeen, komen bij lagere pH-waarden minder beschikbaar. Onder alkalische (basische) omstandigheden kan de bodem een ​​tekort krijgen aan voedingsstoffen zoals zink, koper, ijzer, mangaan, boor en fosfor.

De meeste planten hebben de neiging om het beste te presteren in het pH-bereik van ongeveer 6,0 tot 7,0, het bereik waarbinnen de meeste voedingsstoffen beschikbaar zijn. Sommige planten geven echter de voorkeur aan meer zure of basische omstandigheden, zoals bosbessen (4.0-6.0) of hyacint (6.5-7.5).

Wanneer de pH van de grond buiten het gewenste bereik ligt, kan de pH worden gewijzigd door zuur (bijvoorbeeld natief zwavel) of basisch (bijvoorbeeld kalk) materiaal aan de grond toe te voegen. Om de pH van zure grond te corrigeren door te kalken, moet een uitwisselbare zuurgraadanalyse worden uitgevoerd zodat de benodigde hoeveelheid kalk kan worden berekend.

Aquacultuur en aquatische ecosystemen

Water met een te lage of te hoge pH kan schadelijk zijn voor vissen en ander waterleven. Bij een lage pH kunnen giftige metalen zoals aluminium in grotere concentraties in het water terechtkomen, worden sommige stikstofhoudende chemicaliën giftiger en kunnen de stofwisselingsprocessen van vissen minder efficiënt worden. Water met een pH lager dan 5 kan de voortplanting remmen of tot de dood leiden, en vooral jonge vissen en andere waterorganismen zijn vatbaar. Water met een pH lager dan 6,5 kan de groei remmen.

Bij hoge pH-waarden (zoals >9) worden de meeste ammoniumionen omgezet in ammoniak, wat giftig is voor vissen. Dit probleem wordt erger bij hogere temperaturen. Water met een pH tussen 9 en 10 zal de groei remmen en water met een pH van 11 of hoger zal vissen doden.

Het pH-bereik van 6,5-9 is acceptabel voor de meeste vissen. In aquaria en andere gesloten watersystemen is het belangrijk dat het water voldoende wordt gebufferd (meestal met bicarbonaat- en carbonaationen) om wilde schommelingen in de pH te voorkomen.

Water behandeling

Of het nu gaat om de behandeling van drinkwater of afvalwater, de pH is belangrijk. De pH van drinkwater moet tussen 6,5 en 8,5 liggen. Drinkwater met een lage pH kan leidingen aantasten, waardoor giftige metalen zoals koper en lood in de waterleiding terechtkomen. Water met een te hoge pH heeft een onaangename smaak en de effectiviteit van desinfectiemiddelen zoals chloor neemt af.

Bij afvalwaterbehandeling (bijv. rioolwater of industrieel afval) wordt de pH geregeld zodat de gewenste chemische of microbiële reacties zo efficiënt mogelijk verlopen. Operators bewaken en passen de pH zorgvuldig aan om te reageren op veranderende chemische of microbiologische omstandigheden.

Onderhoud zwembad

Zwembaden hebben doorgaans een pH-waarde van 7,2 tot 7,8. Als de pH te hoog is, wordt de effectiviteit van het chloordesinfectiemiddel te laag, waardoor het zwembad vatbaar wordt voor algengroei en voorkomt dat het effectief virussen en bacteriën doodt. Als de pH te laag is, wordt het water irriterend voor de ogen en neus en kan het gips of metalen oppervlakken aantasten.

Voedselindustrie

In de voedingsindustrie wordt de pH gemeten om de kwaliteit te testen, de microbiële activiteit te controleren, de smaak en andere eigenschappen te controleren en de houdbaarheid van voedsel te verlengen. In melk wordt de pH getest om te controleren op onzuiverheden of infectie. De pH wordt ook beïnvloed door de verzuring van melk en rijping van room, en de pH bepaalt of kaas zacht of hard zal zijn. De pH van room bepaalt ook of boter zuur of zoet zal zijn. Voor de productie van yoghurt wordt de pH van gekweekte melk laag gehouden om een ​​gewenste omgeving voor geschikte microbiële activiteit te behouden.

De pH van voedsel wordt ook gebruikt om de kwaliteit ervan te controleren. Een te hoge pH kan bijvoorbeeld duiden op aangetast vlees.

Voor veel voedingsmiddelen moet de pH binnen een nauw bereik worden gehouden, zodat het voedsel voor een langere periode kan worden bewaard. Zo wordt beslag voor het bakken van brood aangezuurd om de houdbaarheid van het brood te verlengen, net als sauzen zoals mayonaise. Bij het inblikken van zuurarme voedingsmiddelen (met pH <r 4,6), moet extra aandacht worden besteed aan het doden van bacteriesporen, omdat ze kunnen groeien wanneer de pH hoger is dan 4,6, wat mogelijk botulisme kan veroorzaken.

Brouwen en wijnmaken

Net als bij andere processen waarbij microbiële activiteit betrokken is, beïnvloedt pH veel verschillende aspecten van het bierbrouwproces. In het bijzonder regelt de pH van de puree het gedrag van verschillende enzymen die bij het brouwen worden gebruikt, en deze zou voor de meeste purees tussen 5,3 en 5,8 moeten liggen.

De pH van wijn moet op een laag niveau worden gehouden om te voorkomen dat bacteriën de wijn aantasten. Wijnen met een lagere pH zullen langzamer rijpen en minder vatbaar zijn voor bederf. De pH van wijn beïnvloedt ook de smaak, aangezien meer zure wijnen de neiging hebben om droog te zijn. De pH-waarden voor wijnen vallen meestal tussen 3,0 en 4,0, en witte wijnen hebben doorgaans lagere pH-waarden dan rode wijnen.


Materialen en methodes

Bodemmonsters

De bovengrond van negen pre-industriële CKS op Haplic of Albic Luvisol (IUSS Working Group WRB, 2014) in de Belgische lössgordel werd bemonsterd in april 2012. Op de onderzoekslocaties varieert de gemiddelde jaarlijkse neerslag tussen 864 en 937 mm, terwijl de gemiddelde jaartemperatuur varieert tussen 9,6 en 10ଌ. Volgens de WRB-classificatie werd bodemtextuur gedefinieerd als slib of slibleem (IUSS Werkgroep WRB, 2014). Vier locaties bevonden zich in bossen (Hardy et al., 2016) en vijf in akkerlanden (Hardy et al., 2017a), in gebieden die waren ontbost voor teelt na houtskoolproductie. Omdat het uitgangsmateriaal (lössafzetting) identiek is in de negen locaties, namen we aan dat landgebruik de belangrijkste bodemvormende factor was die akkerland onderscheidde van boslocaties. De bemonsterde bosgronden zijn allemaal erg zuur, zelfs in aanwezigheid van houtskool, dat sterk verschilt van akkerlandgronden die vaak worden gekalkt en een pH-waarde hebben die bijna neutraal is. Voor elke locatie werden de bodemeigenschappen van de organo-minerale (A) horizon van de CKS vergeleken met die van direct aangrenzende referentiegrond. Voor akkerbouwlocaties zijn in plaats daarvan grondmonsters genomen tot de diepte van de ploeglaag (0� cm), vergelijkbaar met oven- en referentiebodems. Voor boslocaties werd de volledige diepte van de A-horizon bemonsterd, die tot 40� cm hoger is voor houtskoolrijke A-horizonten bij CKS, terwijl de Ah-horizonten beperkt waren tot de top 5 tot 10 cm voor de referentiebodems.

Bodemfysisch-chemische eigenschappen

De pH van de bodem werd gemeten in water (pH-H2O) en in 1M KCl (pH-KCl) bij een massaverhouding van 1:5 grond:oplossing. Elementaire C- en N-gehaltes werden gemeten door droge verbranding (vario MAX, Elementar). Het anorganische C-gehalte werd gemeten met de gemodificeerde drukcalcimetermethode op fijngemalen deelmonsters (𼈀 μm) (Sherrod et al., 2002). Het anorganische C-gehalte was altijd nul of lager dan de detectielimiet (π.2 g kg 𢄡 ). Daarom werd aangenomen dat totaal C overeenkomt met totaal organisch C (TOC), inclusief houtskool-C. De potentiële CEC werd bepaald door percolatie van 1 M ammoniumacetaat (van nature gebufferd bij pH 7) op grondkolommen (Metson, 1956). Ammonium werd gedesorbeerd met een 1,33 M KCl-oplossing en gemeten door colorimetrie (ISO7150/1). Uitwisselbare Ca 2'43, Mg 2'43, K'43 en Na'43 werden in het extract gemeten met inductief gekoppelde plasma-atomaire emissiespectroscopie (ICP-AES 6500 duo, Thermo Scientific). De basisverzadiging van de bodem hebben we berekend als de verhouding tussen de som van de uitwisselbare Ca 2+ , Mg 2’43 , K + , en Na + en de CEC. Voor de plant beschikbare P werd geëxtraheerd met een 0,5 M ammoniumacetaat-'x02212.02 M EDTA-oplossing bij pH 4,65 bij een 1:5 grond:oplossing massaverhouding (Lakanen en Ervi's000F6, 1971), en extracten werden geanalyseerd door ICP-AES .

Kwantificering van houtskool-C-gehalte

Differentiële scanningcalorimetrie (DSC) werd gebruikt om de inhoud van houtskool-C en onverkoold SOC in de bodem te bepalen. De methodologie van houtskool-C-kwantificering wordt gedetailleerd door Hardy et al. (2017a). In het kort, tussen 15 en 25 mg grond tot poeder vermalen werd gescand met een DSC 100 (TA Instruments) onder een stroom van 50 ml min synthetische lucht van kamertemperatuur tot 600 °C, bij een verwarmingssnelheid van 10 °C min 𢄡 (Leifeld, 2007). De fractie houtskool-C-gehalte werd bepaald op basis van de hoogte van drie pieken afkomstig van de verbranding van houtskool ten opzichte van de hoofdpiek als gevolg van de verbranding van onverkoolde organische stof (Leifeld, 2007). Voorafgaand aan de analyse werden bosbodems gebufferd bij pH 7 door equilibratie met 1 M ammoniumacetaat (van nature gebufferd bij pH 7) en vervolgens verzadigd met Ca2'43 door te roeren in een oplossing van 1M CaCl2. Deze voorbehandeling was bedoeld om de meeste carbonzuren die aan het oppervlak van houtskool aanwezig zijn te deprotoneren en om carboxylaatanionen te verzadigen met Ca 2+ . Hardy et al. (2017b) toonden aan dat de aanwezigheid van Ca de thermische stabiliteit van de O-rijke fractie van houtskool vermindert. Dit voorkomt dan dat pieken elkaar overlappen, wat anders de kwantificering van het BC-gehalte zou vertekenen. Landbouwgrondmonsters werden gescand zonder voorafgaande voorbereiding omdat hun pH-H2O was al bijna neutraal en omdat ze al bijna verzadigd waren met Ca 2'43 omdat ze vaak worden gekalkt.

Incubatie-experiment

Voor elk monster werd 120 g droge grond gezeefd op 2 mm afgewogen in stalen cilinders van 100 cm3, afgesloten door een poreus nylonmembraan op de bodem. Bodemkernen werden verzadigd door toevoeging van gedemineraliseerd water en werden vervolgens in een drukpan gelaten tot een pF van 2,5 werd bereikt, wat ongeveer overeenkomt met de veldcapaciteit voor een ongestoorde bodem. Equilibratie duurde 2 weken. Elke opnieuw bevochtigde grond werd vervolgens opgesplitst in drie submonsters van vergelijkbare grootte die gedurende 138 dagen in hermetische potten van 500 ml werden geïncubeerd in een klimaatkamer, bij een constante temperatuur van 20 ±ଌ. CO . volgen2 emissies in de loop van de tijd, werd een open recipiënt met 25 ml 0,5 M NaOH in het midden van elke pot geplaatst om CO . op te vangen2. De elektrische geleidbaarheid (EC) van de NaOH-oplossing neemt lineair af met de hoeveelheid CO2 verbruikt en werd gemeten na 3, 5, 10, 17, 24, 31, 38, 45, 52, 61, 68, 75, 90, 97, 115, 124 en 138 dagen om de hoeveelheid uitgestoten CO te bepalen2 uit de bodem (Rodella en Saboya, 1999). Voor elke EC-meting werden potten opengelaten om verversing van de lucht in de kopruimte mogelijk te maken. We hebben berekend dat O2 verbruik tussen twee metingen nooit meer dan 10% van het totale O .-volume2 in de pot, wat garandeert dat O2 was niet deficiënt voor microbiële ademhaling. De incubaties werden na 138 dagen gestopt omdat op dag 68 het patroon van CO2 emissies uit de bodem hadden een constante snelheid bereikt en een aliquot werd bemonsterd uit elke bodemkern voor PLFA-analyse.

Microbiële biomassa en gemeenschapsstructuur

De porties van drievoud van dezelfde grond werden samengevoegd om het aantal PLFA-metingen te beperken tot één voor elke grond. Direct na bemonstering uit de incubatiepotten werden de gronden gevriesdroogd en bewaard bij �ଌ. Tijdens het transport werden gevriesdroogde monsters koud bewaard in droogijs. PLFA werden gewonnen bij de vakgroep Bodembeheer van de Universiteit Gent, volgens de procedure die in detail beschreven is door Sleutel et al. (2012), behalve dat we een bekende hoeveelheid 1,2-dihenarachidoyl-sn-glycero-3-fosfocholine (C21:0 PC Avanti Polar Lipids Inc.), een PLFA-standaard die niet in de bodem voorkomt, hebben geïntroduceerd om te testen of de aanwezigheid van houtskool verlaagt de PLFA-extractie-efficiëntie, zoals werd waargenomen voor verse biochars (Gomez et al., 2014). Dertig μg C21:0 PC werd aan elk monster toegevoegd vóór de start van de PLFA-extractie (Gomez et al., 2014). We gingen ervan uit dat houtskool op dezelfde manier interageert met C21:0 PC en met PLFA dat van nature in de bodem aanwezig is.

In het kort werd 4 g gevriesdroogde grond gemengd met 3,6 ml fosfaatbuffer (pH 7,0), 4 ml chloroform en 8 ml methanol. Na centrifugatie werden fosfolipiden in de oplossing van het supernatant gescheiden van neutrale en glycolipiden door opeenvolgende elutie van chloroform en aceton op silicakolommen (Chromabond, Macherey-Nagel GmbH, Düren, Duitsland). Fosfolipiden werden gerecupereerd met methanol en verzeept om vetzuren te verkrijgen. Deze werden gedroogd, opgelost in een mengsel van methanol:tolueen en omgezet in vetzuurmethylesters door methylering met 0,2 M methanolisch KOH. De concentratie van PLFA-biomarkers werd bepaald door gaschromatografie-massaspectroscopie (GC-MS) met een Thermo Focus GC gecombineerd met een Thermo DSQ quadrupool MS (Interscience BVBA) in elektronenionisatiemodus. Bodem-PLFA-concentraties bieden kwantitatieve informatie over de totale microbiële biomassa en de structuur van de microbiële gemeenschap. We waren van mening dat PLFA's iC15:0, aC15:0, iC16:0, iC17:0 en aC17:0 representatief waren voor Gram-positieve (G'43) bacteriën, en PLFA's C16:1𼥼, C18:1𼥼 , en cyC17:0 voor Gram-negatieve (G-) bacteriën. PLFA's C15:0, C17:0 en cyC19:0 werden beschouwd als markers voor algemene bacteriën, en PLFA's 10MeC16:0 en 10MeC18:0 als markers voor actinomyceten. PLFA's C18:2㲖,9c, C18:1𼦜, C18:2c9,1 en C18:3c9,12,15 werden beschouwd als indicatoren van schimmels, en PLFA's C20:4㲖,9,12,15c en C20:5㲓,6,9,12,15c van protozoa (Sleutel et al., 2012).


Appel T, Mengel K (1992) Stikstofopname van op zandgronden geteelde granen in relatie tot stikstofbemesting en bodemstikstoffracties verkregen door elektro-ultrafiltratie (EUF) en CaCl2 extractie. Eur J Agron 1:1–9

Barekzai A, Mengel K (1993) Effect van microbiële afbraak van volwassen bladeren op de pH van de bodem. Z Pflanzenernähr Bodenkd 156:93–94

Bessho T, Clive Bell L (1992) Veranderingen in de vaste stof en oplossing van de bodem en de reactie van mungbonen tijdens verbetering van aluminiumtoxiciteit met organisch materiaal. Plantaardige bodem 140: 183-196

Bolan NS, Hedley MJ, White RE (1991) Processen van bodemverzuring tijdens stikstofcycli met de nadruk op peulvruchtenweiden. Plantgrond 134:53–63

Feng K, Hua-ting Dou, Mengel K (1990) Omzet van plantaardig materiaal in de bodem zoals beoordeeld door elektro-ultrafiltratie en CaCl2 extracten. Agribiol Res 43:337-347

Gonzalez-Prieto SJ, Carballas M, Carballas T (1991) Mineralisatie van een stikstofhoudend organisch substraatmodel 14 C, 15 N-glycine in twee zure bodems. Bodem Biol Biochem 23:53–63

Hafner H, George E, Bationo A, Marschner H (1993) Effect van gewasresten op wortelgroei en fosforverwerving van parelgierst in een zure zandgrond in Niger. Plant en bodem 150:117-127

Hauter R, Steffens D (1985) Einfluß einer mineralischen und symbiontischen Stickstoffernährung auf Protonenabgabe der Wurzeln. Phosphataufnahme und Wurzelentwicklung von Rotklee. Z Pflanzenernähr Bokenkd 148:633–646

Houba VJG, Novozamsky AW, Huybregts M, van der Lee JJ (1986) Vergelijking van bodemwinning met 0,01 m CaCl2, door EUF en door enkele conventionele extractieprocedures. Plantaardige bodem 96:433-437

Hoyt PB, Turner RC (1975) Effecten van organische materialen toegevoegd aan zeer zure bodems op pH, aluminium, uitwisselbare NH+ 4 en gewasopbrengsten. Bodem Sci 119:227-237

Hue NV: Amien I (1989) Aluminium ontgifting met groenbemesters. Comm Bodem Sci Plant Anaal 20:1499-1511

Jungk A (1968) Die Alkalität der Pflanzensache als Maß für den Kationenüberschuß in der Pflanze. Z Pflanzenernähr Bodenkd 120:99–105

Kirkby EA (1968) Invloed van ammonium- en nitraatvoeding op de kation-anionbalans en het stikstof- en koolhydraatmetabolisme van witte mosterdplanten gekweekt in verdunde voedingsoplossingen. Bodem Sci 105:133-141

Kirkby EA, Mengel K (1967) Ionische balans in verschillende weefsels van tomatenplant in relatie tot nitraat-, ureum- of ammoniumvoeding. Plantenfysiol 42:6-14

Kretzschmar RM, Hafner H, Bationo A, Marschner H (1991) Lange- en kortetermijneffecten van gewasresten op aluminiumtoxiciteit, fosforbeschikbaarheid en groei van parelgierst in een zure zandgrond. Plant en bodem 136:215-223

Mengel K (1994) Symbiotische distikstoffixatie - de afhankelijkheid van plantenvoeding en de ecofysiologische impact ervan. Z Pflanzenernähr Bodenkd 157:233–241

Mengel K, Schubert (1985) Actieve extrusie van protonen in gedeïoniseerd water door wortels van intacte maïsplanten. Plantenfysiol 79:344-348

Mengel K, Steffens D (1982) Verband tussen de opname van kationen/anionen en de afgifte van protonen door wortels van rode klaver. Z Pflanzenernähr Bodenkd 145:229–236

Michael G, Schumacher H, Marschner H (1965) Aufnahme von Ammonium- en Nitratstickstoff aus markiertem Ammoniumnitrat und der Verteilung in der Pflanze. Z Pflanzenernähr Düng Bodenkd 110:225–238

Schubert E, Schubert S, Mengel K (1990) Effect van lage pH van wortelmedium op protonafgifte, groei en opname van voedingsstoffen van veldboon (Vicia Faba) In: Van Beusichem (ed) Plantenvoeding — fysiologie en toepassingen. Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, pp 443-448

Serrano R (1989) Structuur en functie van plasmamembraan ATPase. Annu Rev Plant Mol Biol 40:61–94

Smith FA, Raven JA (1979) Intracellulaire pH en de regulatie ervan. Annu Rev Plant Physiol 30:289-311

Williams CH (1980) Bodemverzuring onder klaver. Aust J Exp Agric Animal Husb 20:561-567

Yan F, Schubert S, Mengel K (1992) Effect van een lage pH van het wortelmedium op de netto protonafgifte, wortelademhaling en wortelgroei van maïs (Zea mays L.) en tuinboon (Vicia Faba L.). Plantenfysiol 99:415-421

Yan F, Schubert S, Mengel K (1996) Verhoogde pH van de bodem door biologische decarboxylatie van organische anionen. Bodem Biol Biochem 28:617-624

Yang X, Römheld V, Marschner H (1994) Effect van bicarbonaat op wortelgroei en accumulatie van organische zuren in Zn-inefficiënte en Zn-efficiënte rijstcultivars (Oryza sativa L.). Plant en bodem 164:1–7


PH-testen in afvalwaterzuivering

De pH van de omgeving heeft een diepgaand effect op de snelheid van microbiële groei. pH beïnvloedt de functie van metabole enzymen. Zure omstandigheden (lage pH) of basische omstandigheden (hoge pH) veranderen de structuur van het enzym en stoppen de groei. De meeste micro-organismen doen het goed binnen een pH-bereik van 6,5 tot 8,5. Sommige enzymsystemen kunnen echter extreme pH's verdragen en zullen gedijen in zure of basische omgevingen. Schimmels doen het bijvoorbeeld goed in een zure omgeving. De meeste bacteriën en protozoa groeien echter het beste in neutrale (pH 7) omgevingen. Abnormale of onregelmatige pH in biologische zuiveringsprocessen kan resulteren in een significante afname van de verwijderingssnelheid van organische verbindingen uit de omgeving, wat de biochemische zuurstofverbruikmetingen (BZV) zal beïnvloeden.

Veel fabrieken moeten de pH van hun proceseffluent binnen een acceptabel bereik regelen voordat het wordt gemengd met biomassa in het beluchte stabilisatiebassin (ASB) of geactiveerd slibsysteem. Zelfs kortdurende blootstelling (blootstelling van minder dan een minuut) aan extreme pH veroorzaakt aanzienlijke microbiële vernietiging. Sommige influenten (proceseffluenten) zijn iets aan de basische kant met pH's tussen 9,0 en 10,5. Omdat bacteriën CO2 (een zuur gas) genereren als bijproduct van het metabolisme, zullen ze de pH tot op zekere hoogte zelf reguleren, zolang de pH niet zo ernstig is dat het metabolisme van de bacteriën volledig stopt.

pH benadert de concentratie van waterstofionen in een oplossing. De pH-waarde is de negatieve logaritme (base 10) van de concentratie van H + -ionen in de oplossing. In het laboratorium wordt de pH gemeten door middel van elektrometrische pH-meting, dat wil zeggen de bepaling van de activiteit van de waterstofionen door potentiometrische meting met behulp van een standaard waterstofelektrode en een referentie-elektrode. De pH-sonde wordt (onder roeren) in het monster geplaatst en het aantal wordt geregistreerd zodra de meetwaarden zijn gestabiliseerd. Omdat het op een logaritmische schaal is, kost het tien keer zoveel zuur of base (bijtend) om de pH met twee eenheden te verhogen of te verlagen als om het één eenheid te verhogen of te verlagen. Als er bijvoorbeeld 10 gallon van een bepaald zuur nodig is om de pH van een influent te verlagen van 10 naar een pH van 9, zal er 100 gallon nodig zijn om deze te verlagen van een pH van 10 naar een pH van 8.


5 factoren die de microbiële gemeenschap in de bodem beïnvloeden | Microbiologie

De belangrijkste externe factoren die de microbiële gemeenschap in de bodem beïnvloeden zijn: 1. Bodemvocht 2. Organische en anorganische chemicaliën 3. Bodemorganische stof 4. Soorten vegetatie en de groeifasen 5. Verschillende seizoenen.

Factor # 1. Bodemvocht:

In de bodemporiën is vocht aanwezig in de vorm van een film. De hoeveelheid water neemt toe naarmate de porositeit van de grond toeneemt. De poriegrootte hangt af van de bodemtextuur, d.w.z. de samenstelling van zand, slib en klei. Bovendien wordt bodemvocht aangetast door irrigatie, drainage of beheerpraktijken zoals grondbewerking of vruchtwisseling die de opname en overdracht van water door de bodem verbeteren.

Factor # 2. Organische en anorganische chemicaliën:

De chemicaliën zijn erg belangrijk voor micro-organismen, omdat deze voeding leveren voor groei, activiteit en overleving van micro-organismen in ecologisch gebrekkige niches in de bodem. De chemische factoren zijn gassen, zuren, micro- en macro-elementen, kleimineralen, enz. In de bodemoplossing worden gassen (zuurstof, methaan en kooldioxide) en micro-organismen opgelost.

However, the dissolved components are in constantly shifting equilibrium with the solid phase, soil air, and moisture as well as with soil organ­isms and plant root activity. It has been found that low potassium and high nitrogen favour cotton wilt by Fusarium vasinfectum.

Soil-borne fungi are sen­sitive to pH. As a result of pH range for vigour and growth, they are more destructive at acid and neutral at alkaline conditions.

For example, Plasmodiophora brassicae favours best in acid soil, and the disease produced by it is uncommon or mild in soil of pH more than 7.5. Acidophilic natives of Trichoderma viride increased in soil on addition of sulphur, carbon disulphide, and methylbromide due to lowering down of pH to about 4.0.

Factor # 3. Soil Organic Matter:

The dead organic material of plant and animal origin serve as total soil organic matter which later is subjected to microbial colonization and decomposition. However, upon incorporation of green manures, crop residues, etc. in soil, the community size of microorganisms gets increased.

At the same time application of these organic matter alters the composition of soil micro­flora, microfauna, and relative dominance of antagonistic bacteria, actinomycetes, fungi, amoebae, etc.

Factor # 4. Types of Vegetation and its Growth Stages:

The dominance of one or the other groups is related to the type of vegetation and growth stages of a plant. Dubey and Dwivedi (1988) found an increased population of fungi in the non-rhizosphere and rhizosphere of soybean according to season and growth stages, respectively (Table 30.2).

In the rhizosphere aspergilli, fusaria and penicillia were dominant in addition to the other fungal species. However, frequency of Macrophomina phaseolina and Neocosmospora vasinfecta increased on rhizoplane with onset of senescence.

This selective action of plants is attributed to microbial response either to specific root-exudates or chemical constituents of sloughed-off tissues that undergo decomposition. Moreover, Mueller (1985) determined the incidence of fungi and bacteria occurring in the roots of six soybean cultivars growing in fields cropped for 3 years either with corn or soybean.

Cropping history affected the recovery of M. phaseolina, Phomopsis spp. and Trichoderma spp. but not Fusarium spp. or Gliocladium roseum. Recovery of Trichoderma spp. was greater following com than following soybean. After death of the plant soil saprophytes colonize rapidly, thus total spectrum of microflora in the rhizosphere is changed.

Factor # 5. Different Seasons:

The amount of plant available nutrients is governed by the number and activity of microorganisms. They remain in constant dynamic state in soil where microbial community is greatly influenced by physicochemical and biological factors. Changes in microbial community are known in soils of tropical, sub-tropical and temperate regions.

Shail and Dubey (1997) have studied the seasonal changes in microbial community (bacteria and fungi) and species diversity in fungi in banj-oak and chir-pine forest soils of Kumaon Himalaya in relation to edaphic factors. Maximum number of fungal taxa and average number of bacteria and fungi (per gram soil) were recorded in rainy season and minimum in summer season from both the soils (Table 30.3).

Table 30.3 : Seasonal changes in average number of fungi and bacteria per gram dry soil in banj-oak and chir-pine forest soils of himalaya.


Resultaten en discussie

Geochemical properties of soils in the studied area

Anions and exchangeable cation concentrations, pH values, and CEC at both sites are summarized in Table 1. The soil from site 1 (lodging area of Jiri National Park) had an acidic pH of 5.2, while that from site 2, which was located close to the metropolitan city of Busan, was almost neutral (pH 7.7), which is in the optimal range (pH 6–8) required for microbial growth (Maier and Pepper 2009). The pH value of soil affects the solubilities of chemicals by influencing ionization degrees (Maier and Pepper 2009). It should be added that the pH values at the two sited mentioned above are integrated results due to numerous interactions between cations and anions in the soil solution (Fierer and Jackson 2006). Just the large difference in pH values at the two sites implies that the geochemical environment of both sites differed. As has been reported by others (Fierer and Jackson 2006 Lauber et al. 2009), we presumed that pH played a definite role on the diversities and compositions of bacterial community.

The total concentration of anions at site 1 was greater than at site 2. In particular, the concentration of NO3 − , which can be utilized immediately by microbes and plants, was much higher at site 1 (12.7 cmol/kg) than at site 2 (0.04 cmol/kg). For total exchangeable cations (Ca 2+ , Mg 2+ , K + , Na + ), their summed concentration at site 1 was almost the same as that at site 2 (Table 1). CEC, a measure of the capacity of soils and organic colloids to remove cations from solution, varies depending on the type of soil, and its value increases in line with the decomposition rate of organic matter by microorganisms (Alexander 1977). At the time of the sampling in November of 2012, the sites were already densely covered by litter to be degraded by microbes determined values of CEC to an extent reflect the decomposing of organic matter (leaves).

The CEC of 30.7 meq/100 g determined for soil from site 1 indicates relatively better conditions for microbial growth than at site 2 (13.0 meq/100 g). According to Maier and Pepper (2009), the average of CEC of soils range from 15 to 20 meq/100 g, and that CEC values of <15 meq/100 g leads to low nutrient levels in soil because of a reduced capacity to retain cations and essential nutrients, such as NO3 − and PO4 3− . Other factors, such as soil particle size, water, and nutrient availability not investigated in this study, might also have influenced the soil environment in various, but not fully explored, ways, as reported by others (Cookson et al. 2007 Brons and van Elsas 2008 Hartman et al. 2008 Will et al. 2001 Han et al. 2008). Particle size might change chemical properties by changing adsorption affinities (Maier and Pepper 2009). For example, small particle soil (silt and clay) allow more diverse microbial inhabitants than large particle. In terms of dominant bacterial groups related to particle size, bacteria belonging to the phylum Acidobacteria and the genus Prosthecobacter sp. (phylum Verrucomicrobia) were found to be more diverse in soils with small particles, whereas α-Proteobacteria dominated in large particle soils (Sessitsch et al. 2001). In addition, the availabilities of nutrients and organic matter also strongly influence bacterial abundances and diversities (Smit et al. 2001 Hartman et al. 2008 Will et al. 2001 Han et al. 2008).

Zware metalen

Of the eight heavy metals detected in this study, Cr 6+ and Hg were almost undetectable (less than 0.0001 mg/kg) at both sites. Addressing the remaining six metals in decreasing order, Zn was detected at the highest concentration at both sites, although its value at site 1 (47.26 mg/kg) was lower than at site 2 (58.43 mg/kg). Pb and Ni were present at site 1 at slightly higher concentrations (19.43 and 13.27 mg/kg vs. 13.04 and 11.44 mg/kg), which was unexpected. Cu had concentrations of 11.67 and 14.25 mg/kg at sites 1 and 2, respectively. As had concentrations of 4.64 and 5.11 mg/kg, respectively, and Cd had concentrations of 0.40 and 1.35 mg/kg, respectively. So the concentrations of heavy metals, with the exception of Pb and Ni, were higher at site 2 than in soil from the Korean National Park (site 1), as depicted in Fig. 2. It has been reported that heavy metals can not only inhibit microbial growth and activity but also shift bacterial populations from heavy metal non-resistant to resistant populations over time (Kelly et al. 1999 Roane and Pepper 2000). Kelly and coworkers (1999), in a laboratory investigation on the effects of a Zn smelter on microbes, added 6000 mg/kg of Zn to soil, and 15 days later found Zn level in soil had reduced to 4660 mg/kg, which was ascribed to adsorption on the surfaces both of soil and microbes (Lee et al. 2008), and that cultured bacteria (isolates) had reduced by 87 %. However, over the course of the experiment, it was found that the bacterial composition had changed from a non-resistant to a resistant population. In addition, contamination by Cd or Pb at concentrations of 5–55 mg/kg and 75–1660 mg/kg, respectively, reduced of bacterial numbers by up to 1 %. Accordingly, it would appear the relatively low concentration of heavy metals found at both sites was insufficient to have affected microbial growth. However, the slightly higher heavy metal levels at site 2 might have had a negative effect on the dynamics of the bacterial community.

The concentration of heavy metals in soils sampled from site 1 and site 2

Moreover, in accord with the abovementioned results concerning the geochemical property of soils, the number of heterotrophic bacteria/fungi was higher at site 1 than at site 2 (Table 2). In the site 1 soil sample, numbers of heterotrophic bacteria (HPC) which is considered as an indicator of easily degradable organic compounds (Maier and Pepper 2009) were more than ten times greater than that at site 2.

Taken all together, the geochemical environment at site 1 seems to be more favorable for microbial growth than that at site 2. Because of the greater heterogeneity of soil per se that was revealed from millimeters of a micro scale, the so-called micro-environment (Madigan et al. 2010 Schramm et al. 1998 Hartman et al. 2008), maybe up to a continental scale, soil investigations are very time-demanding and costly, as compared with similar investigation on water or air. Nevertheless, overall but precise knowledge regarding the physico-geochemical properties of soil gathered through sophisticated methods is an important prerequisite to the understanding of its microbiological characteristics.

Comparison of bacterial compositions at the two sites

From the 7614 retrieved sequences, 344 chimeric sequences were removed using ChimeraSlayer (Haas et al. 2011) to avoid misreading, and the remaining 7270 classifiable sequences were analyzed by pyrosequencing (Table 3). For checking the validity of data used in this study, rarefaction curves, which were generated using the relationship between the OTU numbers and the sequence reads, were created using mothur output (data not shown) (OTU clustering, mothur (version 1.27.0). (http://www.mothur.org), CD-HIT-OTU (http: //weizhong-lab.ucsd.edu/cd-hit-otu/). Accessed 29 Aug 2013). Based on the rarefaction curve, the numbers of reads obtained were sufficient to assess the bacterial diversity at both sites.

Bacteria at both sites were affiliated with 12 phyla across the entire data set. Regarding the bacterial diversity observed on the phylum level in Table 4, with the exception of unclassified (1.4 %), the 1428 classifiable sequences retrieved from site 1 were distributed widely to 11 different phyla, while those for site 2 belonged to only six phyla. Three phyla, Proteobacteria (site 1 49.2 %, site 2 21.8 %), Actinobacteria (site 1 21.8 %, site 2 29.8 %), and Cyanobacteria (site 1 9.8 %, site 2 17.5 %) dominated both sites. The next most abundant phylum, Planctomycetes (7.2 %), at site 1 was not observed at site 2, whereas Bacteroidetes, which is regarded as a typical inhabitant of soil (Madigan et al. 2010 Lauber et al. 2009 Will et al. 2001), was much more abundant at site 2 (site 1 0.5 %, site 2 24.3 %,). Acidobacteria, known as bacteria occurring frequently in not only acidic soil but in all kinds of soil (Smit et al. 2001 Lauber et al. 2009 Will et al. 2001 Han et al. 2008), accounted only for a small proportion at both sites (site 1 2.7 %, site 2 1.1 %). On the other hand, somewhat unexpectedly, Cyanobacteria made up high proportion (site 1 9.8 %, site 2 17.5 %) at both sites. In a study on the bacterial diversity based on 16S rDNA clone from Korean acidic pine (pH 4.1) and oak wood (pH 5.3) soil, Proteobacteria was found to be the most dominant, followed by Firmicutes, Acidobacteria, Actinobacteria, Bacteroidetes, Verrucomicrobia, and Planctomycetes, but not Cyanobacteria (Han et al. 2008). In a loamy sand soil with a little acidic pH (5.5–6.5), Brons and van Elsas (2008) observed the bacterial community by clone analysis and found Cyanobacteria in a minor proportion.

In agreement with studies by others (Madigan et al. 2010 Brons and van Elsas 2008 Han et al. 2008), Proteobacteria, the most abundant phylum in soil, composed almost half of total bacteria at site 1, and of the classes of this phylum, Alpha(α)·Beta(β)·Gamma(γ)·Delta(δ)·Zeta(ζ)·Epsilon(ε)-Proteobacteria, the first three classes α·β·γ-Proteobacteria dominated with proportions of 28.7, 5.3, and 13.6 % at site 1, while those at site 2 accounted for 18.3, 5.2, and 2.0 %, respectively (Fig. 3). In a comprehensive study, bacterial composition based on the analysis of 287,933 sequences obtained from soil across the large spatial scale revealed that the phyla Proteobacteria, Acidobacteria, Bacteroidetes, Verrucomicrobia, and Planctomycetes dominated, but in different proportions depending on soil characteristics and geographical location (Madigan et al. 2010).

Difference in bacterial composition on class level obtained from soils at site 1 and site 2. Their relative abundance was assessed by grouping the OTUs derived from 16S rDNA retrieved from each soil. Based on classifiable sequences, the OTUs were determined from the mothur clustering. Others are the sum of minor classes which individually show a relative abundance of less than 3 %

Agricultural use of land also causes changes in bacterial diversity and composition (Smit et al. 2001 Will et al. 2001). Smit et al. (2001) analyzed the bacterial community in a wheat field using a cultivation-based method and by analyzing 16S rDNA clone sequences and found that high GC Gram-positive bacteria were mainly detected by a cultivation-based method and not by clone analysis. Instead, based on clone analysis, Acidobacteria Proteobacteria, Nitrospira, Cyanobacteria, and green sulfur bacteria dominated, and they were found to be more evenly distributed. This result demonstrates the limitation of the cultivation-based method. Moreover, the abundance of γ-Proteobacteria, which is regarded as a fast growing bacteria in nutrient-rich environment like Pseudomonas sp. (Smit et al. 2001), was unexpectedly greater at site 1 than at site 2 (Fig. 4), which was probably due to litter decomposition. It was reported that plant root showed a selective effect towards γ-Proteobacteria (Marilley and Aragno 1999), which comprise the majority of fast growing decomposer for easily degradable substrates (Madigan et al. 2010). In addition, the phylum Elusimicrobia, previously known as “Termite Group 1” and occurring in various environments (Herlemann et al. 2007), was present in a lower proportion at site 1 (1.2 %), but not at site 2 (Table 4).

A Venn diagram showing the distribution of phylotypes identified on order level by 16S rDNA pyrosequencing from soils at site 1 and site 2. There were only two orders, Burkholderiales and Rhizobiales, belonging to β-Proteobacteria and α-Proteobacteria, respectively, at both sites

Differences between the bacterial compositions at the two sites became clearer when the distribution of phylotypes were examined on the order level using a Venn diagram, as shown in Fig. 4. To make the Venn diagram, orders which represented less than 3 % of relative abundance were discarded. Only two orders, Burkholderiales and Rhizobiales, were found at both sites. The common order Burkholderiales belongs to β-Proteobacteria and was found in similar proportions at both sites (Fig. 4). The other order Rhizobiales belongs to α-Proteobacteria and includes genus Rhizobium that is able to fix nitrogen and is associated with the roots of legumes (Madigan et al. 2010). het geslacht Rhizobium is a typical soil inhabitant in the rhizosphere, which is considered a nutrient-rich niche (Marilley and Aragno 1999). Rhizobiales constituted a high proportion at both sites [site 1 18.2 %, site 2 10.3 % (Fig. 4)]. At site 2, bacteria belonged to three different orders, Acidobacteriales, Clostridiales, and Sphingomonadales, whereas at site 1, seven different orders were identified (Actinomycetales, Caulobacterales, Legionellales, Planctomycetales, Rhodospirillales, Solirubrobacterales, Xanthomonadales). Based on our assessment of the bacterial community, it could be concluded that the soil ecosystem at site 1 may have a higher degree of bacterial diversity than at site 2. Of course, the degree of variability resulted from phylogenetic assemblages does not reflect degree of functional or ecological diversity. Therefore, more detailed studies, including its functional capability, are needed to determine why these bacteria are present in given soil.

Status of bacterial communities as evaluated using different indices

Originally, the diversity index was developed to assess diversity and stability of plant and animal communities (Kennedy and Smith 1995), but nowadays it is also used in bacterial community (Smit et al. 2001 Liang et al. 2011 Han et al. 2008 Hwang et al. 2014). In the present study, the Shannon-Weaver index and the reciprocal of Simpson index were used to assess diversity, and the Margalef and Pielou indices were used to assess richness and evenness (Kennedy and Smith 1995). As shown in Table 3, the index of diversity refers to the number of different phylotypes, the index of richness refers to the abundance of the same phylotype, and the index of evenness refers to how close in numbers phylotypes are to each other in the bacterial community. The numbers were much higher for site 1, even showing an acidic pH (5.2).

This implies that at site 1 bacterial communities, which act primarily as decomposers, were more diverse than at site 2. Accordingly, it would appear that nutrient cycling, which is achieved by the interactions between many types of microbes, would be smoother at site 1 than at site 2 (Cookson et al. 2007 Hartman et al. 2008 Will et al. 2001). As compared with the results obtained for bacterial diversities in Korean mountain pine and oak woods, for which the Shannon-Weaver index was estimated to fall in a range of from 3.42 to 3.63 (Han et al. 2008), our results (site 1 4.76, site 2 2.65) show that in terms of bacterial biodiversity, the soil ecosystem at site 1 was more stable than that at site 2.


8.3: The Effects of pH on Microbial Growth - Biology

Abstract

The objective : The objective of my project was to discover the effect that liquids of different acidities would have on the growth of bacteria found on raw meat. It was predicted that the stronger the acid, the more the growth of the bacteria would be inhibited.

Methods/Materials

Petri dishes were prepared with an agar-broth mixture. Six different solutions, water, vinegar, 0.5 normal HCl, 1 normal HCl, pure lemon juice, and lemon juice diluted with an equal part of water, were prepared, and their pH measured.

Pieces of chicken, each approximately 1 cubic centimeter, were placed in each liquid for two minutes.

The chicken pieces were then removed, and each one rubbed over the surface of a Petri dish. Other pieces of chicken not dipped in any solution, were also rubbed against the surfaces of five Petri dishes, for comparison.

The Petri dishes were then sealed. After four days, the lids were removed from the Petri dishes, and the percent of surface area covered in visible bacteria colonies was measured.

Resultaten

There were no visible bacteria colonies on the surfaces of the Petri dishes rubbed with chicken dipped in 1 normal HCl, while the 0.5 normal HCl showed the next least amount of bacteria growth.

The Petri dishes rubbed with chicken dipped in pure lemon juice had a larger amounts of bacteria than those rubbed with chicken dipped in diluted lemon juice and vinegar.

The Petri dishes rubbed with chicken dipped in water grew the most bacteria out of the chicken dipped in any solution, while the Petri dishes rubbed with chicken not dipped in anything had the most bacteria.

Conclusions/Discussion

My conclusion is that stronger acids tend to inhibit bacterias growth, unless there is another affecting factor, such as the sugar in the lemon juice, which seems to have affected the speed at which the bacteria grew.

This project is a study of the effect that different acidic solutions have on the growth of bacteria found on raw chicken.


Supplemental Information

Tabel S1

Citizen science identifiers include participant letter code (A–T), Left (L) versus Right (R) armpit, day 2 or day 5 sampling, product category (Anti, antiperspirant Deod, deodorant None, no product use), and Female (F) versus Male (M). Cells shaded gray correspond to data from the pit that was not used for downstream sequence analysis. Participants reported how many times they showered during the study reported per week along the top.


Bekijk de video: Effect of pH on bacterial growth (Januari- 2022).