DD263074A5 - Process for binding nitrogen into non-legumes - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft einen Rhizobium-Transformanten, der symbiotisch Stockstoff in Nichtleguminosen bindet und zusaetzlich einen Transkonjuganten umfasst. Der neuartige Rhizobium-Transformant kann beispielsweise symbiotisch Stickstoff in zur Familie Poaeceae gehoerenden Nichtleguminosen binden, wie Weizen, Gerste, Sorghum, Reis, Raps. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Material zur Behandlung von Samen einer Nichtleguminosenpflanze, das einen Rhizobium-Transformanten enthaelt, der symbiotisch Stickstoff in der Nichtleguminosenpflanze bindet. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung von Rhizobia-F2-Transkonjuganten, die symbiotisch Stickstoff in Nichtleguminosen binden.The invention relates to a rhizobium transformant which binds symbiotically stock substance in non-leguminous plants and additionally comprises a transconjugant. For example, the novel rhizobium transformant can symbiotically bind nitrogen to non-legumes belonging to the Poaeceae family, such as wheat, barley, sorghum, rice, rapeseed. The invention further relates to a material for treating seeds of a non-legume plant containing a rhizobium transformant which symbiotically binds nitrogen in the non-legume plant. Furthermore, the invention relates to a process for the preparation of rhizobia F2 transconjugants which bind symbiotically nitrogen in Nichtleguminosen.
Description
Verfahren zur Bindung von Stickstoff in !Tichtleguminosen Anwendungsgebiet- der Erfindung Method for binding nitrogen in dense legumes Field of application of the invention
Die Erfindung betrifft Rhizobia-Transformanten, die tlichtleguminosenpflanzen, deren Samen mit einem für den Rhizobia-Transformanten spezifischen Material überzogen wurden, infizieren, bei ihnen Wurzelknöllchenbildung bewirken und Stickstoff in ihnen binden. Die Nichtleguminosen mit ausgebildeten Wurzelknöllchen (noduliert) können ohne Einsatz von Stickstoffdüngemitteln gezogen v/erden. Die Pflanzen und das nach der Ernte verbleibende Stroh haben einen höheren Protein-, Trockensubstanz- und Stickstoffgehalt als ihre Gegenstücke ohne ausgebildete Wurzelknöllchen (nichtnoduliert).The invention relates to rhizobia transformants which infect turf leguminous plants whose seeds have been coated with a material specific for the rhizobia transformant, cause root nodule formation there and bind nitrogen in them. The non-legumes with formed root nodules (nodulated) can be grown without the use of nitrogen fertilizers. The plants and the straw remaining after harvest have a higher protein, dry matter and nitrogen content than their counterparts without formed root nodules (non-nodulated).
Die Erfindung wird anhand spezifischer Beispiele, bei denen Rhizobia-Transkonjuganten zur WürzeIknöllchenbildung bei Gräsern (Familie Poaceas) einschließlich Weizen, Gerste, Sorghum, Reis und Brassicaceae (Familie Cruceforae) wie Raps eingesetzt werden, näher veranschaulicht. Rhizobia-Transkonjuganten, die Stickstoff in Eucalyptus (Familie Liyrtaceae) binden, werden in den Beispielen ebenfalls behandelt.The invention will be further illustrated by way of specific examples in which rhizobia transconjugants are used for wort ingrowth formation in grasses (family Poaceas) including wheat, barley, sorghum, rice and Brassicaceae (family Cruceforae) such as rape. Rhizobia transconjugants that bind nitrogen in Eucalyptus (family Liyrtaceae) are also treated in the examples.
Ein wesentlicher Aspekt des Pflanzenstoffwechsels ist die nutzung von Hitraten und anderen anorganischen Stickstoffverbindungen bei der Synthese von organischen Verbindungen wie Aminosäuren, Proteinen, Chlorophyllen, Vitaminen, Hormonen und Alkaloiden, die für Wachstum und EntwicklungAn essential aspect of plant metabolism is the use of nitrates and other inorganic nitrogen compounds in the synthesis of organic compounds such as amino acids, proteins, chlorophylls, vitamins, hormones, and alkaloids necessary for growth and development
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der Pflanze wichtig sind. Obgleich Pflanzen Nitrate und andere Stickstoffverbindungen aus der Erde aufnehmen, ist die Haüptstickstoffquelle der freie Distickstoff (N_) aus der Atmosphäre; jedoch muß der freie Distickstoff "als solcher gebunden und in eine Form umgewandelt werden, die von der Pflanze genutzt werden kann.important to the plant. Although plants absorb nitrates and other nitrogenous compounds from the earth, the source of nitrogen is the free dinitrogen (N_) from the atmosphere; however, the free dinitrogen "must be bound as such and converted into a form that can be utilized by the plant.
2.1. Biologische Stickstoffbindung2.1. Biological nitrogen bond
Die biologische Distickstoffbindung (allgemeiner als biologische Stickstoffbindung bezeichnet) ist ein komplizierter Vorgang, der die schrittweise Reduktion von freiem Stickstoff zu Ammoniak über eine Reihe Zwischenstufen umfaßt. Er wird von stxckstoffbindenden Mikroorganismen, von denen einige Gattun- gen in Symbiose mit bestimmten Gefäßpflanzen leben, bewirkt. Die wichtigste Gattung der symbiotischen stickstoffbindenden Bakterien ist Rhizobium, wovon es zahlreiche Species gibt, von denen jede einzelne in Symbiose mit einer oder mehreren nahe verwandten Leguminosenspecies lebt (z. B. Erbsen, Bohnen, Klee etc.). Folglich benötigen Leguminosen im Unterschied zu anderen Pflanzen, die nicht in der Lage sind, Stickstoff zu binden, keine Stickstoffdungeraittel zum Wachstum; vielmehr können Leguminosen den Stickstoffgehalt des Bodens anreichern. Angesichts der wirtschaftlichen Bedeutung vieler Leguminosen sind Bakterienkulturen zum Beimpfen von Leguminosensamen erhältlich; außerdem wurden Leguminosensamenuberzuge, die lebensfähige Rhizobia enthalten, offenbart (US-PS 3,499,748 und US-PS 4,149,869).Biological dinitrogen bonding (more commonly referred to as biological nitrogen bonding) is a complicated process involving the stepwise reduction of free nitrogen to ammonia through a series of intermediates. It is caused by nitrogen-binding microorganisms, of which some genera live in symbiosis with certain vascular plants. The most important genus of symbiotic nitrogen-binding bacteria is rhizobium, of which there are numerous species, each of which lives in symbiosis with one or more closely related legume species (eg, peas, beans, clover, etc.). Consequently, legumes, unlike other plants that are unable to bind nitrogen, do not require nitrogen fertilizers to grow; rather, legumes can enrich the nitrogen content of the soil. Given the economic importance of many legumes, bacterial cultures are available for inoculation of legume seeds; In addition, legume seed traits containing viable rhizobia have been disclosed (U.S. Patent 3,499,748 and U.S. Patent 4,149,869).
Die symbiotische Stickstoffbindung sieht folgendermaßen aus: Ein Rhizobiumbakterium, das fur einen bestimmten Leguminosenwirt spezifisch ist, infiziert die Wurzel des Leguminosenwirtes. Danach entwickelt sich an der Wurzel ein Knöllchen, in dem die Rhizobia in einem endosymbiotischen Zustand, bekannt als Bakteroiden, leben. Sie führen einzigartige Funktionen, wie die Stickstoffbindung, in engem Zusammenwirken mit dem Leguminosenwirt aus. Das Bakteroid verhält sich fast wie eine Organelle. Interessant ist, daß Rhizobia im allgemeinen keinen Stickstoff ex planta binden. Bezüglich eines Oberblicks über verschiedene Aspekte der biologischen Stickstoffbindung in Leguminosen siehe Kapitel 3, 4 und 5 in "Plant Gene Research - Genes Involved in Microbe-Plant Interactions" (Pflanzengenforschung - An Mikroben-Pflanzen-Wechselwirkungen beteiligte Gene), D.P.S. Verma, T. H. Hohn, Springer-Verlag, New York, 1984.The symbiotic nitrogen binding looks like this: A rhizobium bacterium that is specific to a particular legume host infects the root of the legume host. Thereafter, at the root, a nodule develops in which the rhizobia live in an endosymbiotic state known as bacteroids. They perform unique functions, such as nitrogen fixation, in close cooperation with the legume host. The bacteroid behaves almost like an organelle. Interestingly, rhizobia generally does not bind explanta nitrogen. For a review of various aspects of biological nitrogen fixation in legumes, see Chapters 3, 4, and 5 in "Plant Genes Research - Genes Involved in Microbe-Plant Interactions", DPS Verma, TH Hohn , Springer-Verlag, New York, 1984.
Infektion, Wurzelknöllchenbildung (Nodulation) und Stickstoffbindung erfordern jeweils eine komplizierte Wechselwirkung zwischen dem Rhizobium und seinem spezifischen Leguminosenwirt· Damit die anfängliche Infektion stattfindet, müssen Rhizobium und Legurainose einander "erkennen1*· Es wird angenommen, daß diese sehr spezifische Erkennung eine Wechselwirkung zwischen einem Lectin des Leguminosenwirtes (ein an den Wurzelhaaren gefundenes Glycoprotein) und Polysacchariden an der Bakterienoberfläche einschließt. Diese Wechselwirkung kann als ein sehr spezifischer."Schloß-und-Schlussel"-Mechanismus betrachtet werden, dessen Spezifizität mit einer Antikörper-Antigen-Wechselwirkung, ohne die keine Infektion erfolgen kann, verglichen worden ist. Nach der spezifischen Erkennung und der Anlagerung des Rhizobiums an die Wurzel eines bestimmten Leguminosenwirtes erfolgt die Infektion des Wirtes in einer nicht-pathogenen Weise, die durch die Reaktionen des Wirtes auf die eindringenden Rhizobien gesteuert wird. Im allgemeinen dringen die Rhizobien durch die Wurzelhaare in die Leguminose ein, und das Eindringen der Bakterien wird durch eine von der Wirtspflanze gebildete und Infektions faden genannte tubuläre Struktur, die in die inneren Zellen der Wurzelkortex dringt, vermittelt. Die Rhizobien werden vom Infektionsfaden freigegeben, verbleiben aber in einer vom Wirt herstammenden Membranhülle, die Peribakteroidmembran genannt wird; auf diese Weise sind die Bakteroiden auf extrazelluläre Kammern beschränkt. Eine Störung dieser komplizierten Folge von Ereignissen könnte zu einer Infektion führen, die für den Wirt pathogen wäre.Infection, root nodule formation (nodulation) and nitrogen fixation each require a complicated interaction between the Rhizobium and its specific Leguminosenwirt · In order for the initial infection occurs, Rhizobium and Legurainose must each "detect 1 * · It is believed that this highly specific recognition of an interaction between a Including lectin of the legume host (a glycoprotein found on the root hairs) and polysaccharides on the bacterial surface, this interaction may be considered as a very specific "lock-and-key" mechanism, the specificity of which with an antibody-antigen interaction, without the After specific detection and attachment of rhizobium to the root of a particular legume host, infection of the host occurs in a non-pathogenic manner due to host responses to the invading host Rhizobia is controlled. In general, the rhizobia penetrate into the legume through the root hairs, and the penetration of the bacteria is mediated by a tubular structure formed by the host plant and called an infection thread, which penetrates into the inner cells of the root cortex. The rhizobia are released from the infective thread but remain in a host-derived membrane envelope called the peribacteroid membrane; In this way, the bacteroids are restricted to extracellular chambers. Disruption of this complicated sequence of events could lead to infection that would be pathogenic to the host.
Nach der Infektion der Wirtsleguminose durch das Rhizobium erfolgt die anschließende Wurzelknöllchenbildung lediglich als Reaktion auf eine komplizierte Wechselwirkung von Ereignissen, bei der dis Leguminose die Expression von Rhizobiumgenen beeinflußt und das Rhizobium wiederum die für die Wurzelknöllchenbildung erforderliche Wirksamkeit der Leguminosengene beeinflußt. Die Zellen im Knöllchengewebe sind in Zonen mit pflanzen-spezifischen Anordnungen hoch organisiert; die Bakterien finden sich in der Regel in den Peribakteroidmembranen,After rhizobium infection of the host legume, subsequent root nodule formation occurs only in response to a complex interaction of events, where legume affects the expression of rhizobium genes, and rhizobium in turn affects the legume gene activity required for root nodule formation. The cells in the nodular tissue are highly organized in zones with plant-specific arrangements; the bacteria are usually found in the peribacteroidal membranes,
die die Bakterien aus den epidermalen und meristematischen Zonen ausschließen. Die Organisation und Morphologie des Wurzelknöllchens ist signifikant biochemisch, da Diffusionsprobleme gelöst werden müssen, um Sauerstoff- und Nährstoffeintritt für die Bakteroiden und Ammoniakaustritt für die Wirtspflanze zu gewährleisten» Ein charakteristisches Merkmal von wirksamen Wurzelknöllchen, d. h. Knöllchen, die tatsächlich Stickstoff binden, ist die Anwesenheit von Leghämoglobin, einem sauerstoffbinden Protein, das anscheinend an der Knöllchenatmung (d. h. die hohe Konzentration dieses Proteins erleichtert die Diffusion von Sauerstoff in die Bakteroidbereiche) und am Schutz von Nitrogenase (einem Hauptenzym im Stickstoffbindungsweg) vor Vergiftung durch überschüssigen Sauerstoff beteiligt ist· Leghämoglobin ist offensichtlich ein echt symbiotisches Produkt - die Globinproteine werden durch Pflanzengene codiert, und an der Hämsynthese sind die Bakterien beteiligt.which exclude the bacteria from the epidermal and meristematic zones. The organization and morphology of the root nodule is significantly biochemical, as diffusion problems must be resolved to ensure oxygen and nutrient ingress for the bacteroids and ammonia leakage for the host plant. "A characteristic feature of effective root nodules, i. H. Nodules that actually bind nitrogen are the presence of leghemoglobin, an oxygen binding protein that appears to be involved in nodule respiration (ie, the high concentration of this protein facilitates diffusion of oxygen into the bacteroid areas) and protection of nitrogenase (a major enzyme in the nitrogen binding pathway) Leghemoglobin is obviously a true symbiotic product - the globin proteins are encoded by plant genes, and the bacteria are involved in heme synthesis.
Schließlich ist die symbiotische Stickstoffbindung,- die im Knöllchen erfolgt, ein gemeinsames Unternehmen. Die Bakteroiden enthalten die Mechanismen für die Stickstoffbindung, und der Leguminosenpartner wandelt das erzeugte Ammoniak in eine organische Form um, die dann für die Ernährung der gesamten Pflanze und der Bakteroiden verwendet wird; der Leguminosenpartner schafft eine geeignete Umgebung und eine Energiequelle, die die Bakteroiden in die Lage versetzt, Stickstoff zu binden. Viel kann bei dem gesamten Prozeß fehlgehen. Wenn die VVirtspflanzenbakterien "fehlangepaßt" sind, wird die Infektion nicht erfolgreich sein. Folglich wird der ganze Prozeß der Wurzelknöllchenbildung und symbiotischen Stickstoffbindung nicht erfolgen. Außerdem bedeutet erfolgreiche Wurzelknöllchenbildung nicht, daß Stickstoffbindung zwangsläufig erfolgt, da das entstehende Knöllchen fehlerhaft sein könnte.After all, the symbiotic nitrogen fixation - which takes place in the nodule - is a joint venture. The bacteroids contain the mechanisms for nitrogen binding, and the legume partner converts the generated ammonia into an organic form, which is then used to nourish the entire plant and the bacteroids; the legume partner creates a suitable environment and energy source that enables the bacteroids to bind nitrogen. Much can go wrong with the whole process. If the VV mammalian bacteria are "mismatched", the infection will not be successful. Consequently, the whole process of root nodule formation and symbiotic nitrogen binding will not occur. In addition, successful root nodule formation does not mean that nitrogen fixation is inevitable because the resulting nodule may be defective.
2.1.1. An der Symbiose beteiligte Lequminosenqene2.1.1. Lequminosenqene involved in the symbiosis
Zwei Hauptgrupperi von Wirtsgenprodukten, Leghämoglobine und Noduline, werden während der symbiotischen Stickstoffbindung spezifisch induziert. Während Struktur und Funktion von Leg-Two major groups of host gene products, Leghemoglobin and Noduline, are specifically induced during symbiotic nitrogen binding. While the structure and function of Legend
hämoglobin in den Wurzelknöllchen relativ klar sind, ist über die Noduline wenig bekannt. Interessanterweise berichtete ein kürzlich erschienener Artikel, daß Leghämoglobin-Pflanzen-DNS-Sequenzen in Nichtleguminosen nachweisbar seien, womit angedeutet wurde, daß die Gene für diese sauerstoffbindenden Proteine möglicherweise weiter verbreitet sind, als bisher angenommen wurde (Hattori & Johnson, 1985, Plant. Mol. Biol. 4:285-292).Hemoglobin in the Wurzelknöllchen are relatively clear, is little known about the Noduline. Interestingly, a recent article reported that leghemoglobin plant DNA sequences are detectable in non-legumes, suggesting that the genes for these oxygen-binding proteins may be more widespread than previously thought (Hattori & Johnson, 1985, Plant. Mol Biol. 4: 285-292).
2.1.2. An der Symbiose beteiligte Rhizobiumqene2.1.2. Rhizobium genes involved in the symbiosis
Vor einigen Oahren wurde entdeckt, daß sich für die Wurzelknöllchenbildung (Nodulation) benötigte Rhizobiengene (nod) auf einem großen Plasmid (genannt Symbioseplasmid) befinden, das auch die Stickstoffbindungsgene (nif) selbst trägt. Es wurde seitdem festgestellt, daß viele der Rhizobiabakterien induziert werden könnten, einen neuen Leguminosenpartner zu erkennen, indem in jenes Rhizobium ein Symbioseplasmid von einer anderen Rhizobiumspecies mit einer anderen Wirtsspezifität übertragen wird. Es gibt keinen Hinweis darauf, daß Transfer von Rhizobiumsymbiqseplasmidenvon einem Rhizobium auf ein anderes den Wirtsbereich auf Nichtleguminosen ausdehnen könnte. Interessanterweise verleiht der Einbau eines Rhizobiumsymbioseplasmids in Aqrobacterium tumefaciens (ein Bakteriura, das Tumorwachstum bei Pflanzen, genannt Wurzelhalsgallen, verursacht) dem Aqrobacterium die Fähigkeit, Wurzelknöllchen bei Leguminosen zu erzeugen; die Knöllchen sind jedoch insofern nicht in Ordnung, als sie keinen Stickstoff binden (Hooykaas, in "Molecular Genetics of the Bacteria-Plant Interaction" (Molekulargenetik der Bakterien-Pflanzen-Wechselwirkung), A. Puhler, Hsg., Springer-Verlag, New York, 1983, S. 229-239).Several years ago, it was discovered that rhizobia genes ( nod ) needed for root nodule formation (nodulation) are located on a large plasmid (called symbiosis plasmid) that also carries the nitrogen-binding genes (nif) itself. It has since been found that many of the rhizobiabacteria could be induced to recognize a new legume partner by transferring to that rhizobium a symbiosis plasmid from another rhizobium species of a different host specificity. There is no suggestion that transfer of rhizobium symbiotic plasmids from one rhizobium to another could extend the host range to non-legumes. Interestingly, the incorporation of a rhizobium symbiosis plasmid into Aqrobacterium tumefaciens (a bacteriura causing tumor growth in plants called gonads ) gives Aqrobacterium the ability to produce root nodules in legumes; however, the nodules are out of order in that they do not bind nitrogen (Hooykaas, in "Molecular Genetics of the Bacteria-Plant Interaction", A. Puhler, ed., Springer-Verlag, New York, 1983, pp. 229-239).
Im Verlaufe der Oahre haben zahlreiche Beweise belegt, daß die Knöllchenbildungswirksamkeit in Leguminosen durch Einwirkung bestimmter Pflanzenexsudate erhöht wird. Möglicherweise stimuliert diese Einwirkung die Expression des nod-Gens. Alle Leguminosen-Wurzelexsudate rufen diese Wirkung hervor, aberOver the years, many evidences have shown that nodule activity is increased in legumes by the action of certain plant exudates. This action may stimulate the expression of the nod gene. All legume root exudates cause this effect, however
die Exsudate einer Vielzahl von Nichtleguminosen nicht.the exudates of a variety of non-legumes do not.
2.1.3. Biologische Stickstoffbindung und Nichtleguminosen 2.1.3. Biological nitrogen fixation and non legume
Eine Nicht-Rhizobium-Bakteriengattung, genannt Frankia, lebt in Symbiose mit einigen Nichtleguminosen-Gefäßpflanzen wie Alnus (Erle), Casuarina (Streitkolbenbaum)/ Ceanothus, Eleagnus, Myrica (Immergrün) und Psychotria (eine tropische Holzpflanze). Ein Bericht, der auf von In-vitro-Vergesellschaftung eines Tabakzellen-Kultursystems und Rhizobien abgeleiteten Daten basiert, gibt an, daß einige Nichtleguminosen Faktoren erzeugen können, die von Rhizobien genutzt werden können (Gibson et al.» 1976, Planta 128: 233-239); es wurden jedoch keine spezifische Erkennung, symbiotisches Verhältnis oder spezifische Wechselwirkungen angedeutet oder beobachtet. Tatsächlich ist das einzige bekannte Beispiel einer stabilen Symbiose zwischen einer Nichtleguminosen-Samenpflanze und Rhizobium, außerhalb der Leguminosen, das von Parasponia, einer großen tropischen malayischen Familie (Ulme). Es wurde festgestellt, daß in Australien isolierte, natürlich vorkommende Rhizobiumstärame bei Parasponia Wurzelknöllchenbildung auslösen und Stickstoff binden (Trinick, 1980, New Phytol. 85: 37-45 und 86: 17-26; Trinick, 1981, Current Perspectives in Nitrogen Fixation (Gegenwärtige Perspektiven bei der Stickstoffbindung) Gibson et al., Hsg. Elsevier Press. S. 480; Trinick et al.f 1976, Arch. Microbiol. 108: 159-156; siehe auch Bender et al.; 1985, Plant Science 38: 138-140).A non-Rhizobium bacterial genus, called Frankia , lives in symbiosis with some non-leguminous vascular plants such as Alnus (alder), Casuarina (mace tree) / Ceanothus, Eleagnus, Myrica (evergreen) and Psychotria (a tropical wood plant). A report based on data derived from in vitro co-existence of a tobacco cell culture system and rhizobia indicates that some non-legumes can produce factors that can be exploited by rhizobia (Gibson et al., 1976, Planta 128: 233- 239); however, no specific recognition, symbiotic ratio or specific interactions were suggested or observed. In fact, the only known example of a stable symbiosis between a non-legume seed plant and Rhizobium, outside the legumes, is that of Parasponia, a large tropical Malayan family (elm). In Australia, naturally occurring native Rhizobium starch was found to induce root nodule formation and nitrogen binding in Parasponia (Trinick, 1980, New Phytol., 85: 37-45 and 86: 17-26; Trinick, 1981, Current Perspectives in Nitrogen Fixation (Current ... perspectives in nitrogen bond) Gibson et al, eds Elsevier Press p 480; Trinick et al f 1976 Arch Microbiol 108: 159-156; see also Bender et al .; 1985, Plant Science 38:... 138 -140).
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Ziel der Erfindung ist es, auf einfache Weise auch in Nichtleguminosen Wurzelknöllchenbildung auszulösen und Stickstoff in ihnen zu binden.The aim of the invention is to easily trigger Wurzelknöllchenbildung in non-leguminous and bind nitrogen in them.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen geeigneten Rhizobium-Transformanten aufzufinden, der symbiotisch Stickstoff in Nichtlegurainosen bindet.The invention has for its object to find a suitable Rhizobium transformants that binds symbiotically nitrogen in Nichtlegurainosen.
3. Zusammenfassung der Erfindung3. Summary of the invention
Es werden Rhizobia-Transformanten beschrieben, die symbiotisch Stickstoff in Nichtleguminosen binden können. Genauer gesagt, können die erfindungsgemäßen Rhizobium-Transformanten a) die Wurzeln von Nichtleguminosenpflanzen, die von mit einem für den Rhizobium-Transformanten spezifischen Proteingemisch überzogenen Samen stammen, infizieren, b) Knöllchenbildung an den Wurzeln dieser Nichtleguminosenpflanzen hervorrufen, und c) Stickstoff in den Wurzelknöllchen binden, wodurch die Notwendigkeit der Gabe von Stickstof fdüngemitteln zur Förderung von Pflanzenwachstum und -entwicklung bei diesen NichtleguminosenRhizobia transformants are described that can symbiotically bind nitrogen to non-legumes. More specifically, the rhizobium transformants of the invention may a) infect the roots of non-leguminous plants derived from seeds coated with a Rhizobium transformant-specific protein mixture, b) induce nodule formation on the roots of these non-leguminous plants, and c) nitrogen in the root nodules thereby reducing the need for nitrogen fertilizers to promote plant growth and development in these legumes
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ausgeschaltet wird. Es wird ein Nährmedium beschrieben, das bei der Identifikation verschiedener Rhizobiaspecies und der erfindungsgemäßen Transformanten nützlich ist.is turned off. A nutrient medium is described which is useful in the identification of various rhizobia species and the transformants of the invention.
Es werden auch überzogene Samen von Nichtleguminosen beschrieben, die teilweise zur Verwirklichung der syrabiotischen Stickstoffbindung in Nichtleguminosen durch die erfindungsgemäßen Rhizobia-Transformanten beitragen. Diese Samenüberzüge enthalten Leguminosenextrakte, chromatografische Fraktionen von Leguminosenextrakten, Kristalle oder gereinigte Proteine, die für den Rhizobium-Transformanten spezifisch sind. Die Samenüberzüge können auch den Rhizobium-Transformanten selbst als Bestandteil enthalten. Es werden Methoden zur Erzeugung von Rhizobiura-Transformanten, zum Überziehen der Nichtleguminosen und zum Bewirken der Symbiose zwischen den Rhizobium-Transformanten und der Nichtleguminosen beschrieben.Coated seeds of non-legumes are also described, some of which contribute to the realization of syrabotic nitrogen binding in non-legumes by the rhizobia transformants of the present invention. These seed coatings contain legume extracts, chromatographic fractions of legume extracts, crystals or purified proteins specific for the Rhizobium transformant. The seed coatings may also contain the Rhizobium transformant itself as an ingredient. Methods are described for producing rhizobiura transformants, coating the non-legumes, and effecting the symbiosis between the rhizobium transformants and the non-legumes.
3.1. Definitionen3.1. definitions
Der Terminus "Rhizobium-Transformant" bedeutet hier ein Rhizobium, das eingebaute DNS enthält, das durch eine einer Reihe von Methoden hergestellt werden kann, die einschließen, aber nicht beschränkt sind auf: Transformation (d. h. Infektion mit Plasmid-DNS), Transfektion (d. h. Infektion mit freier DNS, Phage-DNS oder Virus-DNS) oder Konjugation (d. h. Transfer eines Replica-Plasmids von einem Bakterium auf das andere). Die von der Konjugation stammenden Transformanten sind eine Untergruppe der erfindungsgemäßen Transformanten und können spezifisch als Transkonjuganten bezeichnet werden.The term "rhizobium transformant" as used herein means a rhizobium containing incorporated DNA that can be made by any of a number of methods including, but not limited to: transformation (ie, plasmid DNA infection), transfection (ie Infection with free DNA, phage DNA or virus DNA) or conjugation (ie, transfer of a replica plasmid from one bacterium to the other). The transformants derived from the conjugation are a subgroup of transformants of the invention and may be referred to specifically as transconjugants.
Der Terminus "Eltern-Rhizobia" bedeutet hier, die Elternspecies, die konjugiert werden, um erfindungsgemäße Rhizobium-Transkonjuganten zu erzeugen, sowie die Rhizobiaspecies, von denen Plasmide oder DNS-Sequenzen isoliert und verwendet werden können, um Rhizobia zu transformieren, um die erfindungsgemäßen Rhizobium-Transformanten zu erzeugen.The term "parent rhizobia" as used herein means the parent species conjugated to produce rhizobium transconjugants of the present invention, as well as the rhizobia species from which plasmids or DNA sequences can be isolated and used to transform rhizobia To produce Rhizobium transformants.
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4. Kurze Beschreibung der Figuren 4. Brief description of the figures
Fig. 1 ist ein Diagramm, das den Trockensubstanzgehalt (A) und den Stickstoffgehalt (B) von zu verschiedenen Zeitpunkten nach dem Pflanzen geernteten Weizenpflanzen darstellt. Es werden drei Weizengruppen dargestellt: Weizen, bei dem Wurzelknöllchenbildung durch Rhizobium-Transkonjuganten ausgelost wurde (+R-N); Weizen, der mit einem Stickstoffdüngeraittel gedüngt, aber nicht mit Rhizobium-Transkonjuganten behandelt wurde (-R+N)j und Weizen, bei dem keine Wurzelknöllchenbildung durch Rhizobium-Transkonjuganten bewirkt wurde und der auch nicht mit Stickstoffdüngemittel behandelt wurde (-R-N).Fig. 1 is a graph showing the dry matter content (A) and the nitrogen content (B) of wheat plants harvested at various times after planting. Three wheat groups are shown: Wheat in which root nodule formation was induced by Rhizobium transconjugants (+ R-N); Wheat fertilized with a nitrogenous fertilizer but not treated with Rhizobium transconjugants (-R + N) j and Wheat which did not cause root nodule formation by Rhizobium transconjugants and which was not treated with nitrogen fertilizer (-R-N).
Fig. 2 ist ein Diagramm, das den Trockensubstanzgehalt (A) und den Stickstoffgehalt (B) von zu verschiedenen Zeitpunkten nach dem Pflanzen geernteten Gerstenpflanzen darstellt. Es werden drei Gerstengruppen dargestellt: Gerste, bei der Wurzelknöllchenbildung durch Rhizobium-Transkonjuganten ausgelöst wurde (+R-N) j Gerste, die mit einem Stickstoffdüngemittel gedüngt, aber nicht mit Rhizobium-Transkonjuganten behandelt wurde (-R+N); und Gerste, bei der keine Wurzelknöllchenbildung durch Rhizobium-Transkonjuganten erzeugt wurde und die auch nicht mit Stickstoffdüngemittel behandelt würde (-R-N).Fig. 2 is a graph showing the dry matter content (A) and the nitrogen content (B) of barley plants harvested at various times after planting. Three barley groups are shown: barley in which root nodule formation was induced by Rhizobium transconjugants (+ R-N) j barley fertilized with a nitrogen fertilizer but not treated with Rhizobium transconjugants (-R + N); and barley in which root nodule formation was not produced by Rhizobium transconjugants and which would not be treated with nitrogen fertilizer (-R-N).
5. Ausführliche Beschreibung der Erfindung5. Detailed description of the invention
Die Erfindung betrifft Rhizobia-Transformanten, die bei Nichtleguminosen Wurzelknöllchenbildung auslösen und Stickstoff binden. Die Nichtleguminosenpflanzen mit ausgebildeten Wurzelknöllchen (= nodulierte Nichtleguminosenpflanzen) können ohne Stickstoffdüngemittel angebaut werden und haben den gleichen oder einen höheren Proteingehalt, Trockensubstanzgehalt und Stickstoffgehalt als ihre Gegenstücke ohne ausgebildete Wurzel· knöllchen (nicht-nodulierte Gegenstücke), die durch Stickstoffdüngemittelgabe gedüngt wurden. Das nach der Ernte der nodulierten Nichtleguminosen verbleibende Stroh weist einen hohen Proteingehalt auf.The invention relates to rhizobia transformants which induce root nodule formation in non-legumes and bind nitrogen. The non-leguminous plants with formed root nodules (= nodulated non-leguminous plants) can be grown without nitrogen fertilizers and have the same or higher protein content, dry matter content and nitrogen content than their counterparts without formed root nodules (non-nodulated counterparts) fertilized by nitrogen fertilizer. The straw remaining after the harvest of the nodulated non-legumes has a high protein content.
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Genauer gesagt, sind die erfindungsgemäßen Rhizobia-Transformanten "in der Lage, bei Nichtleguminosenpflanzen, die aus Samen gezogen wurden, der mit einem für den bestimmten Transformanten spezifischen Material überzogen worden ist, Knollchenbildung hervorrufen. Die Erfindung betrifft die Rhizobia-Transformanten,, Methoden zur Erzeugung der Rhizobia-Transformanten, das zum Überziehen der Nichtleguminosensaraen verwendete Material, die überzogenen Samen selbst, Methoden zur Auslösung der VVurzelknöllchenbildung bei den Nichtleguminosenpflanzen mit den Rhizobia-Transformanten und die entstehanden nodulierten Nichtleguminosen, die einen hohen Proteingehalt aufweisen.More specifically, the rhizobia transformants of the present invention are capable of forming nodules in non-leguminous plants grown from seeds coated with a material specific to the particular transformant The invention relates to the Rhizobia transformants Production of the Rhizobia transformants, the material used to coat the non-legume larvae, the coated seeds themselves, methods of inducing V-root nodule formation in the non-legume plants with the Rhizobia transformants, and the resulting nodulated non-legumes having a high protein content.
Aus Gründen der Klarheit der Beschreibung wird die Erfindung in den nachstehenden Unterabschnitten in folgender Reihenfolge behandelt: a) Die Rhizobium-Transformanten; b) Die Überzüge für die Nichtleguminosensamen; c) Die Verwirklichung der symbiotischen Stickstoffbindung in den Nichtleguminosenϊ und d) Die nodulierten Nichtleguminosen.For clarity of description, the invention is treated in the following subsections in the following order: a) the Rhizobium transformants; b) The coatings for the non-legume seeds; c) The realization of symbiotic nitrogen binding in non-legumesϊ and d) The nodulated non-legumes.
5.1. Die Rhizobia-Transformanten5.1. The rhizobia transformants
Die Erzeugung und Identifizierung der erfindungsgemäßen Rhizobia-Transformanten gründete sich auf die ursprüngliche Entdeckung, daß jede Rhizobiaspecies, wenn sie auf Nährmedium außerhalb ihres Leguminosenwirtes gezüchtet wird, eine Kolonie mit einer bestimmten Farbe erzeugt, vorausgesetzt, daß das Nährmedium zusätzlich zu den für die Unterstützung des Bakterienwachstums notwendigen Nährstoffen einen nicht-denaturierten Extrakt enthält, der von dem Leguminosenwirt abgeleitet ist, der der spezifische Partner der Rhizobiumspecies ist. Die Koloniefarbe kann als Mittel zur Identifizierung der bestimmten Rhizobiumspecies ausgenutzt werden. Tatsächlich können verschiedene Rhizobiaspecies auf einem Nährmedium gezüchtet werden, das ein Gemisch aus den nicht-denaturierten Extrakten jedes einzelnen artspezifischen Leguminosenwirtes enthält; jede Species bildet Kolonien mit einer charakteristischen Farbe.The production and identification of the rhizobia transformants of the present invention was based on the original discovery that each rhizobia species, when grown on nutrient medium outside its legume host, produces a colony of a particular color, provided that the nutrient medium is in addition to those for supporting the rhizobia Bacterial growth necessary nutrients contains a non-denatured extract derived from the leguminous host, which is the specific partner of the Rhizobiumspecies. The colony color can be exploited as a means of identifying the particular Rhizobium species. Indeed, various rhizobia species can be grown on a nutrient medium containing a mixture of the undenatured extracts of each individual species-specific legume host; each species forms colonies with a characteristic color.
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Die Erfindung basiert auch auf der weiteren Entdeckung, daß die Rhizobia-Transformanten, die die Nichtleguminosen infizieren, VYurzelknöllchenbildung bei ihnen bewirken und Stickstoff in ihnen binden können, schneeweiße Kolonien auf Nährmedium bilden, das Extrakte der Leguminosenwirtspartner der Eltern-Rhizobia des Transformanten enthält, und daß die. Transformant-Bakteroiden, die von dem Nichtleguminosenwurzelknöllchen isoliert und auf dem oben definierten Medium, welches zusätzlich einen Extrakt des Nichtleguminosenwirtes enthält, gezüchtet werden, Kolonien bildet, deren Farbe gräulich ist. Folglich stellen die Nährraedien ein relativ unkompliziertes Mittel zur Identifizierung der erfindungsgemäßen Transformanten zur Verfugung. Die Nährmedien werden im nachstehenden Unterabschnitt beschrieben.The invention is also based on the further discovery that the rhizobia transformants which infect the non-legumes, causing them to nucleate and bind nitrogen in them, form snow white colonies on nutrient medium containing extracts of the legume host partners of the parent rhizobia of the transformant, and that the. Transformant bacteroids, which are isolated from the non-leguminous root nodule and cultured on the medium defined above, which additionally contains an extract of the non-legume host, forms colonies whose color is greyish. Thus, the nutrient media provide a relatively straightforward means of identifying the transformants of the present invention. The nutrient media are described in the subsection below.
5.1.1. Nährmedien zur Identifizierung von Rhizobia-Transformanten 5.1.1. Nutrient media for the identification of Rhizobia transformants
Das Nährmedium sollte die für das Rhizobiumwachstum notwendigen Nährstoffe enthalten, d. h. einschließen, aber nicht beschränkt sein auf irgendeine der bekannten Quellen von Kohlenstoff, Stickstoff und Salzen sowie Vitamine der B-Gruppe und die essentiellen Aminosäuren wie L-Alanin, L-Serin und L-Tryptophan, die in Form einzelner Aminosäuren, Tripeptide oder Oligopeptide usw. vorliegen können. Der Leguminosenextraktbestandteil ist für die Identifizierung von Rhizobiaspecies nützlich, aber für die Ernährung der Rhizobia nicht erforderlich, d. h., wenn ein Rhizobium auf einem Nährmedium gezüchtet wird, das entweder nicht seinen Leguminosenwirtsextrakt enthält oder denaturierten Leguminosenwirtsextrakt enthält (z. B. denaturiert Autoklavenbehandlung der Medien nach dem Zusetzen des Leguminosenextrakts den Extrakt), entstehen Kolonien, aber die Kolonie jeder einzelnen Rhizobiumspecies wird eine eindeutige Farbe aufweisen. Nachstehende Tabelle I führt die charakteristischen Koloniefarben auf, die durch die verschiedenen Rhizobiaspecies, die auf Nährmedium mit Gehalt des Extrakts des Leguminosenwirtspartners jeder auf die Platte gestrichenen Species gezüchtet wurden, entstehen. Es ist zu beachten, daß Inkubation des in den AusführungsbeispielenThe nutrient medium should contain the nutrients necessary for rhizobium growth, i. H. including, but not limited to, any of the known sources of carbon, nitrogen and salts as well as B-group vitamins and the essential amino acids such as L-alanine, L-serine and L-tryptophan which may be in the form of single amino acids, tripeptides or oligopeptides, etc . may be present. The legume extract ingredient is useful for the identification of rhizobia species, but is not required for the diet of rhizobia, i. that is, when a rhizobium is grown on a nutrient medium that either does not contain its legume host extract or contains denatured legume host extract (e.g., autoclaving the media after denaturing legume extract denatures the extract), colonies will form but become the colony of each individual Rhizobium species have a unique color. Table I below lists the characteristic colony colors produced by the various rhizobia species grown on nutrient medium containing the extract of the leguminous host of each species plated on the plate. It should be noted that incubation of the in the embodiments
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der Erfindung verwendeten Mediums bei einer Temperatur über 32 c durch alle auf dem Medium gezüchteten Rhizobiakolonien die Ausbildung roter Kolonien verursacht; das ist ein reversibler Farbwechsel insofern, als sich die charakteristische Farbe jeder Kolonie wieder einstellt, wenn die Temperatur abgesenkt wird, beispielsweise auf einen Wert zwischen 18 0C und 30 0C.of the invention used at a temperature above 32 c caused by all on the medium grown Rhizobiakolonien the formation of red colonies; this is a reversible color change in that the characteristic color of each colony reverts when the temperature is lowered, for example to a value between 18 ° C. and 30 ° C.
Außerdem kann das Nährmedium durch den Zusatz von Cystein und Phenylalanin so verändert werden, daß Kolonien mit unterschiedlichen Farbnuancen der für diese Species charakteristischen Farbe entstehen.In addition, the nutrient medium can be modified by the addition of cysteine and phenylalanine so that colonies with different shades of color characteristic of this species arise.
Koloniefarbe von verschiedenen Rhizobiaspecies, die auf Nährmedium gezüchtet wurden, das Extrakt des wirtsspezifischen Leguminosenpartners enthielt χ Colony color of various rhizobia species cultured on nutrient medium containing extract of the host-specific legume partner χ
Rhizobium R. cowpeaRhizobium R. cowpea
R. japonicum R. lequminosarum R. lupini R. meliloti R, phaseoli R. trifoli R. japonicum R. lequminosarum R. lupini R. meliloti R, phaseoli R. trifoli
Leguminose Wirtspartner Vigna (Erdnuß, Mimosa Acacia, Leucaena) Glycin (Sojabohne) Lathyrus (Erbse) Lupinus (Lupine) Melilotus (Steinklee) Phaseolus (Bohne) Trifolium (Klee)Leguminose Host partner Vigna (peanut, Mimosa acacia, Leucaena) Glycine (soybean) Lathyrus (pea) Lupinus (lupine) Melilotus (clover) Phaseolus (bean) Trifolium (clover)
Koloniefarbe gräulichbraun Colony-color greyish brown
rötlichorange goldgelb hellgelb gelblichbraun dunkelbraun hellbraunreddish orange golden yellow light yellowish brown dark brown light brown
κ οκ ο
Kolonien werden bei einer Temperatur unter 32 C (z. 8.Colonies are kept at a temperature below 32 C (e.g.
zwischen 18 0C und 30 0C) auf dem in Abschnitt 6.1. ausführlicher beschriebenen Nährmedium inkubiert.between 18 0 C and 30 0 C), as described in section 6.1. Incubated in more detail described nutrient medium.
Die in dem Nährmedium verwendeten Leguminosenextrakte können aus irgendeinem Teil der Leguminosenwirtspflanze, einschließlich, aber nicht ausschließlich Trieben, Stengeln, Wurzeln oder Samen, gewonnen werden. Die Extrakte junger Triebe schei-The leguminous extracts used in the nutrient medium can be obtained from any part of the leguminous host plant, including but not limited to shoots, stems, roots or seeds. The extracts of young shoots
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nen die schnellste Farbreaktion zu ergeben. Die Leguminosenextrakte können durch Teilen der Pflanze in feine Teilchen, Homogenisieren des mazerierten Materials in Ethanol mit einem Puffer bei einem pH-Wert von etwa 7,2 und Pelletieren des unlöslichen Materials durch Zentrifugieren hergestellt werden. Die überstehende Flüssigkeit kann unter Verwendung von destilliertem Wasser dialysiert werden, bis sie klar ist, wonach sie erneut zentrifugiert werden kann. Der ganze Vorgang wird bei 4 0C durchgeführt, um die Zersetzung der pflanzlichen Substanzen zu minimieren.give the fastest color reaction. The legume extracts may be prepared by dividing the plant into fine particles, homogenizing the macerated material in ethanol with a buffer at a pH of about 7.2, and pelleting the insoluble material by centrifugation. The supernatant liquid can be dialyzed using distilled water until clear, after which it can be recentrifuged. The whole process is carried out at 4 ° C. in order to minimize the decomposition of the vegetable substances.
Der Leguminosenextrakt kann chromatografisch nach einer Methode fraktioniert werden, die eine Modifikation der Methode von Allen et al., 1973, Biochem. J, 131: 155-162; Allen et al., Februar 1975, FEBS Letters 50(3): 362-364; Gordon et al., August 1972 FEBS Letters 24(2): 193-196; Peomans et al., 1982, Plantä 156: 568-572; und Trowbridge, 1974, 3. Biol. Chem. 249: 6004-6012, darstellt. Kurz" gesagt, umfaßt das die chromatografische Trennung des Extrakts unter Verwendung einer Säule aus von Galactose abgeleiteter CH-Sepharose 4B (Pharmacia, Schweden) und DEAE-52 (Whatman) wie folgt: a) Der Extrakt wird zunächst auf die Säule aus von Galactose abgeleiteter CH-Sepharose 4B gebracht. Nichtgebündene Substanzen werden entfernt und durch Waschen der Säule mit Puffer und Sammeln von 5-ml-Fraktionen, die spektrophotometrisch auf Extinktion bei einer Wellenlänge von 280 nm analysiert werden, ruckgewonnen. Die Wäsche wird fortgesetzt, bis im Ablauf keine signifikante Extinktion mehr festgestellt wird. Die Fraktionen, die Extinktion bei 280 nm zeigen, werden gesammelt und für Chromatografie auf DEAE-52 verwendet. Die Substanzen, die an die von Galactose abgeleitete Sepharose-4B-Schicht gebunden sind, werden durch Zusatz von 4 % Glucose zu der Säule eluiert; das EIutionsmittel wird in 5-ml-Fraktionen gesammelt, die auch auf Extinktion bei 280 nm analysiert werden, b) Die Fraktionen, welche die Substanzen enthalten, die nicht an die von der Galactose abgeleitete Sepharose 4B gebunden wurden, werden auf eine DEAE-52-Säule gebracht, die zuerst bei pH 7,2 und dann bei pH 9,2 eluiert wird; 5-ml-Fraktionen werden gesammelt undThe legume extract may be fractionated chromatographically by a method which is a modification of the method of Allen et al., 1973, Biochem. J, 131: 155-162; Allen et al., February 1975, FEBS Letters 50 (3): 362-364; Gordon et al., August 1972 FEBS Letters 24 (2): 193-196; Peomans et al., 1982, Planta 156: 568-572; and Trowbridge, 1974, 3rd Biol. Chem. 249: 6004-6012. Briefly, this involves chromatographic separation of the extract using a column of galactose-derived CH-Sepharose 4B (Pharmacia, Sweden) and DEAE-52 (Whatman) as follows: a) The extract is first applied to the column of galactose Unlatted substances are removed and recovered by washing the column with buffer and collecting 5 ml fractions, which are spectrophotometrically analyzed for absorbance at a wavelength of 280 nm. Washing is continued until runoff The fractions showing absorbance at 280 nm are collected and used for chromatography on DEAE-52 The substances bound to the galactose-derived Sepharose 4B layer are added by addition of 4 % Glucose is eluted to the column, the eluent is collected in 5 ml fractions, which are also analyzed for extinction at 280 nm, b) Di fractions containing the substances that were not bound to the galactose-derived Sepharose 4B are placed on a DEAE-52 column which is eluted first at pH 7.2 and then at pH 9.2; 5 ml fractions are collected and
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auf Extinktion bei 280 nm analysiert. Die Fraktionen, die bei pH 7,2 die maximale Extinktion aufweisen, werden zusammengenommen, und die Fraktionen mit einer maximalen Extinktion bei pH 9,2 werden zusammengenommen. Diese drei Fraktionen eines bestimmten Leguminosenwirtes (d. h. die Fraktion , die unter Verwendung von Glucose eluiert wurde , und die Fraktionen, die bei pH 7,2 und pH 9,2 eluiert wurden) können zusammengenommen werden und anstelle des ganzen Extrakts in dem oben beschriebenen Nährmedium verwendet werden. Tatsächlich kann die Wirkkomponente der drei Fraktionen auskristallisiert und aufbewahrt werden. Diese von dem Leguminosenwirt abgeleiteten Kristalle können anstelle des Leguminosenwirtsextrakts als Bestandteil der zum Identifizieren der Rhizobia-Transformanten der Erfindung verwendeten Nährmedien eingesetzt werden.analyzed for absorbance at 280 nm. The fractions having the maximum absorbance at pH 7.2 are pooled and the fractions with a maximum absorbance at pH 9.2 are taken together. These three fractions of a particular legume host (ie, the fraction eluted using glucose and the fractions eluted at pH 7.2 and pH 9.2) may be taken together and substituted for the whole extract in the nutrient medium described above be used. In fact, the active component of the three fractions can be crystallized and stored. These crystals derived from the legume host may be substituted for the legume host extract as part of the nutrient media used to identify the rhizobia transformants of the invention.
Es besteht zwar keine Bindung an irgendeine Theorie oder Erklärung der Erfindung, es kann aber festgestellt werden, daß die chromatografischen Fraktionen wahrscheinlich Protein, und möglicherweise Glycoproteine, enthalten. Die Affinität der abgeleiteten Sepharose 4B legt nahe,daß wahrscheinlich mindestens eines der Proteine ein Lectin ist. Das könnte signifikant sein, weil angenommen wird, daß Leguminosenlectine wichtig bei der anfänglichen Erkennung von Rhizobiumpartnern sind. Wenn die Aminosäuresequenzen dieser Proteine einmal bestimmt sind, können diese Proteine durch chemische Synthesemethoden oder mit Hilfe von Rekombinant-DNS-Techniken unter Verwendung prokaryotischer oder eukaryotischer Wirt-Vektor-Expressionssysteme zur Ausprägung der Proteine hergestellt werden. Die Expression des Proteins in einem eukaryotischen Wirt-Vektor-Expressionssystem mag bevorzugt werden, weil die Eukaryoten das Protein in einer Weise verarbeiten können, die den natürlich vorkommenden Proteinen ähnlicher ist. Das könnte besonders dann von Wichtigkeit sein, wenn das Protein ein Lectin ist. Außerdem können die identifizierten Proteine von anderen Quellen als dem Leguminosenwirt isoliert werden. Durch diese Theorie wird die Möglichkeit nicht ausgeschlossen, daß andere in dem Extrakt vorhandene Bestandteile wie Carbohydrate, Alkaloide, Hormone usw. ein signifikanter Faktor für dieWhile not bound by any theory or explanation of the invention, it can be noted that the chromatographic fractions are likely to contain protein, and possibly glycoproteins. The affinity of the derived Sepharose 4B suggests that probably at least one of the proteins is a lectin. This could be significant because it is believed that leguminous lectins are important in the initial recognition of rhizobium partners. Once the amino acid sequences of these proteins are determined, these proteins can be made by chemical synthetic methods or by recombinant DNA techniques using prokaryotic or eukaryotic host vector expression systems to express the proteins. Expression of the protein in a host-vector eukaryotic expression system may be preferred because the eukaryotes can process the protein in a manner more similar to naturally-occurring proteins. This could be especially important if the protein is a lectin. In addition, the identified proteins can be isolated from sources other than the legume host. This theory does not exclude the possibility that other constituents present in the extract, such as carbohydrates, alkaloids, hormones, etc., are a significant factor in the
- 17 Wirksamkeit des Extrakts sein könnten.- 17 effectiveness of the extract.
Obgleich die oben beschriebenen Nährmedien zur Identifizierung der erfindungsgemäßen Transformanten geeignet sind, erfolgte eine einleitende Charakterisierung der Transformant-DNS. Die erfindungsgemäßen Rhizobia-Transformanten, die symbiotisch Stickstoff in Nichtleguminosen binden, besitzen Plasmide, die nicht in den Eltern-Rhizobia des Transkonjuganten enthalten sind. Wenngleich keine Bindung an eine Theorie oder Erklärung der Erfindung besteht, so ist es doch interessant festzustellen, daß diese Plasmide die DNS-Sequenzen enthalten könnten, die für den neuen Wirtsbereich der Rhizobium-Transformanten verantwortlich sind.Although the nutrient media described above are suitable for identifying the transformants of the invention, an initial characterization of the transformant DNA was performed. The rhizobia transformants according to the invention, which bind symbiotically nitrogen in non-leguminous plants, possess plasmids which are not contained in the parent rhizobia of the transconjugant. While not wishing to be bound by any theory or explanation of the invention, it is interesting to note that these plasmids may contain the DNA sequences responsible for the new host range of the Rhizobium transformants.
Methoden zur Erzeugung der erfindungsgemäßen Rhizobia-Transformanten werden nachstehend ausführlicher behandelt.Methods for producing the rhizobia transformants of the invention are discussed in more detail below.
5.1.2. Die Wechsellinien-Kulturmethode für die Erzeugung von Rhizobia-Transkonjuganten 5.1.2. The change-line culture method for the production of Rhizobia transconjugants
Die Wechsellinien-Kulturmethode für die Erzeugung erfindungsgemäßer Rhizobia-Transkonjuganten beinhaltet folgendes: zwei unterschiedliche Rhizobiaspecies (die Elterngeneration) werden in abwechselnden Reihen auf ein festes Nährmedium gestrichen, welches zusätzlich zu den für das Bakterienwachstum wichtigen Nährstoffen enthält entweder: a) ein Gemisch nicht-denaturierter Extrakte der Leguminosenwirtspartner jeder Rhizobiaspecies; b) die drei chromatografischen Fraktionen, die aus dem Extrakt jedes einzelnen Leguminosenwirtes nach Beschreibung in Abschnitt 5.1.1. oben gewonnen wurden: c) die aus den chromatograf ischen Fraktionen jedes Leguminosenwirtes gewonnenen Kristalle; oder d) damit verwandte Proteine (einschließlich Glycoproteine). Im folgenden werden diese Komponenten als Leguminosenextrakt, chromatografische Fraktionen, Kristalle oder Proteine bezeichnete 3ede Rhizobium-Elternspecies bildet längs des Striches Kolonien mit einer charakteristischen Farbe. Rizobia-Transkonjuganten (hier Rhizobia-F -Transkonjuganten genannt) werden zwischen den abwechselnden Reihen der Elternko-The turnover line culture method for the production of rhizobia transconjugants of the invention involves the following: two different rhizobia species (parent generation) are alternately streaked onto a solid nutrient medium containing, in addition to the nutrients important for bacterial growth, either: a) a non-denatured mixture Extracts of the leguminous hostners of each rhizobia species; b) the three chromatographic fractions obtained from the extract of each legume host as described in section 5.1.1. obtained above: c) the crystals obtained from the chromatographic fractions of each legume host; or d) related proteins (including glycoproteins). In the following, these components, called legume extract, chromatographic fractions, crystals or proteins, of each parent rhizobium species will form colonies of a characteristic color along the line. Rizobia transconjugants (here called rhizobia F transconjugants) are inserted between the alternating rows of the parental
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lonien gebildet. Die Rhizobia-F -Transkonjuganten bilden im Unterschied zu ihren Eltern milchig-weiße Kolonien und können keine Wurzelknöllchenbildung an Pflanzen hervorrufen.lonien formed. The Rhizobia F transconjugants, unlike their parents, form milky-white colonies and can not induce root nodule formation on plants.
Die Rhizobia-F^-Transkonjuganten werden von den milchig-weißen Kolonien isoliert und in abwechselnden Reihen mit einer dritten Rhizobium-Elternspecies auf festem Nährmedium kultiviert, das zusätzlich zu den Leguminosenextrakten, chromatografischen Fraktionen, Kristallen oder Proteinen, die zur Erzeugung des F -Transkonjuganten verwendet werden, einen dritten nicht-denaturierten. Leguminosenextrakt, chromatografische Fraktionen, Kristalle oder Proteine enthält, die von dem Legtiminosenwirtspartner der dritten Rhizobium-Elternspecies abgeleitet wurden. Rhizobium-F -Transkonjuganten werden zwischen den abwechselnden Reihen der milchig-weißen Kolonien, die von dem Rhizobium-F -Transkonjuganten gebildet werden, und den von dem dritten Eltern-Rhizobium gebildeten farbigen Kolonien erzeugt. Die Rhizobium-F -Transkonjugant-Kolonien werden durch ihre schneeweiße Farbe identifiziert und sind in der Lage, Nichtleguminosen, die aus Samen gezüchtet wurden, die, wie hier beschrieben, behandelt und gesät wurden, zu infizieren, Wurzelknöllchen an ihnen zu bilden und Stickstoff in ihnen zu binden.The rhizobia F ^ transconjugants are isolated from the milky white colonies and cultured in alternate rows with a third rhizobium parent species on solid nutrient medium, in addition to the legume extracts, chromatographic fractions, crystals or proteins used to produce the F transconjugant used a third non-denatured. Legume extract, chromatographic fractions, crystals or proteins derived from the restricted iminosome host partner of the third rhizobium parent species. Rhizobium F transconjugants are generated between the alternating rows of milky white colonies formed by the Rhizobium F transconjugant and the colored colonies formed by the third parent Rhizobium. The Rhizobium F transconjugant colonies are identified by their snow white color and are capable of infecting non-legumes seeded, treated and seeded as described herein, root nodules formed thereon and nitrogen in to bind them.
Die Identifizierung und Selektion der oben erzeugten Rhizobium-F -und -F -Transkonjuganten wird aufgrund der verwende-12The identification and selection of the rhizobium F and F transconjugants produced above will be appreciated due to the use of -12
ten spezialisierten Medien ermöglicht .'Wenn die einzelnen Kreuzungen ausgeführt werden, entwickeln sich zwischen .den Reihen der Eltern zwei Arten von Kolonien: a) Kolonien mit einer Farbe, die eine Mischung der Farben der Elternkolonien*darstellt, und b) die milchig-weißen F -Transkonjugantenkolonien oder die schneeweißen Fo-Transkonjugantenkolonien. Die Mischfarbenkolonien enthalten Rhizobia, die nicht stabil sind; diese Rhizobia können Wurzelknollchenbildung bei den Leguminosenwirtspartnern beider Eltern-Rhizobia bewirken, allerdings nur in einer Generation. Mit anderen Worten, die von den Wurzelknöllchen jedes einzelnen Leguminosenwirtes gewonnenen Bakteroiden können nur wieder an diesem speziellen Leguminosen-When the individual crosses are carried out, two types of colonies develop between the parents: a) Colonies with a color representing a mixture of the colors of the parent colonies * and b) the milky white F transconjugant colonies or the snow-white Fo transconjugant colonies. The mixed color colonies contain rhizobia, which are not stable; these rhizobia can cause root nodule formation in the legume host partners of both parent rhizobia, but only in one generation. In other words, the bacteroids recovered from the root nodules of each legume host can only be restored to this particular leguminous
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wirt Knöllchenbildung auslösen. Die- F^Transkonjuganten der milchig-weißen Kolonien sind stabil, aber nicht in der Lage, bei irgendeiner Pflanze Knöllchenbildung auszulösen. Überraschenderweise sind die F -Transkonjuganten der schneeweißen Kolonien stabile Rhizobia, die bei Nichtleguminosen Wurzelknöllchen ausbilden und symbiotisch Stickstoff in ihnen binden können.we can trigger nodule formation. The F ^ transconjugants of the milky white colonies are stable but unable to induce nodule formation in any plant. Surprisingly, the F transconjugants of the snow-white colonies are stable rhizobia, which in non-leguminous plants form root nodules and can symbiotically bind nitrogen in them.
Die zur Erzeugung der F -Transkonjuganten verwendeten Eltern-Rhizobia können eine dritte Rhizobiaspecies, einen weiteren F -Transkonjuganten und eventuell einen weiteren F-Transkonjuganten enthalten· Wenn das dritte Elternteil einen weiteren F -Transkonjuganten umfaßt, dann enthalten die Nährmedien mindestens vier Leguminosenextrakte, chromatografische Fraktionen, Kristalle oder Proteine; d. h. diejenigen des Leguminosenwirtspartners "für jedes der zwei Eltern-Rhizobia, die zur Erzeugung jedes einzelnen der beiden F -Transkonjuganten verwendet wurden. Wenn das dritte Elternteil einen F -Transkonjuganten umfaßt, dann enthalten die Nährmedien mindestens fünf Wirtslegurainosenextrakte, chromatografische Fraktionen, Kristalle oder Proteine, d. h. diejenigen des Leguminosenwirtspartners für jedes der beiden Eltern-Rhizobia, die zur Erzeugung des F -Transkonjuganten verwendet wurden, sowie den Leguminosenwirtspartner für jedes der drei Eltern-Rhizobia, d: det wurden.The parent rhizobia used to generate the F transconjugants may contain a third rhizobia species, another F transconjugant, and optionally another F transconjugant. If the third parent comprises another F transconjugant, then the nutrient media will contain at least four legume extracts, chromatographic Fractions, crystals or proteins; d. H. those of the leguminous host partner for each of the two parent Rhizobia used to produce each of the two F transconjugants If the third parent comprises an F transconjugant, then the nutrient media will contain at least five host plantain extracts, chromatographic fractions, crystals or proteins. ie those of the legume host partner for each of the two parent rhizobia used to produce the F trans -conjugant and the legume host partner for each of the three parent rhizobia.
Rhizobia, die zur Erzeugung des F -Transkonjuganten verwen-Rhizobia, which are used to produce the F transconjugant.
Die Methode der abwechselnden Reihen von Elternkolonien ist eine geeignete Lösung für die Erzeugung der Transkonjuganten; es kann jedoch jedes beliebige Muster oder jede beliebige Methode der Inokulation angewendet werden, um Elternkolonien so dicht beieinander zu züchten, daß Konjugation erfolgen kann. Es können also Kreise, Ellipsen, Wellen- oder Spiralmuster verwendet werden. Es kann in der Tat eine Anzahl unterschiedlicher Eltern auf die Platten gestrichen werden, um eine Anzahl unterschiedlicher Transkonjuganten auf der gleichen Platte zu erzeugen.The alternate series of parent colonies method is a convenient solution for generating the transconjugants; however, any pattern or method of inoculation can be used to grow parent colonies so close together that conjugation can occur. So circles, ellipses, wave or spiral patterns can be used. In fact, a number of different parents may be streaked onto the plates to produce a number of different transconjugants on the same plate.
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5.1.3. Andere Methoden zur Erzeugung von Rhizobia-Transformanten 5.1.3. Other methods for producing Rhizobia transformants
Die Wechsellinien-Kulturmethode ist zwar eine geeignete Methode zur Erzeugung von Rhizobiurn-F -Transformanten,. die Erfindung ist jedoch nicht auf diese Methode beschränkt. Vieiraehr wird neben der Konjugation die Transformation-mit dem geeigneten Plasmid, das für die erhöhte Wirtsbereichspezifität des Rhizobiums verantwortlich ist, als im Geltungsbereich der Erfindung befindlich angesehen. Außerdem werden Rekombinant-DNS-Techniken einschließlich der Verwendung von Phagen und anderen Vektoren für die Infektion von Rhizobia mit den geeigneten Sequenzen als zum Geltungsbereich der Erfindung gehörig betrachtet.Although the exchange line culture method is a suitable method for the production of rhizobiurn F transformants. however, the invention is not limited to this method. In addition to the conjugation, transformation with the appropriate plasmid responsible for the increased host range specificity of the rhizobium is considered to be within the scope of the invention. In addition, recombinant DNA techniques including the use of phage and other vectors for the infection of Rhizobia with the appropriate sequences are considered to be within the scope of the invention.
Zum Beispiel ist das Tn5-Transposon, das in einem Schema zur Rhizobia-Transformation verwendet werden kann, ein besonders brauchbares System fur Rhizobia. Symbioseplasmide CSym-Plasmide) können durch Hybridisierung mit einer markierten DNS-Sonde mit Gehalt an nif-Genen identifiziert werden. Transfer dieses Sym-Plasmids kann erfolgen unter Verwendung von Tn5 zum Einbau a) eines Markierungsgens in das Sym-Plasmid; beispielsweise kann ein Gen für Antibiotikaresistenz in das Sym-Plasmid unter Verwendung von Transposon Tn5 durch einen konjugierenden Spender und Empfänger-Bakterien und Hybridselektion auf der Grundlage der erworbenen Resistenz eingebaut werden; b) durch Klonierung des Sym-Plasmids oder von Teilen davon in E. coli und Transformieren von Rhizobia mit dem Plasmid selbst; c) durch Rekombinieren des Plasmids mit Transportgenen zusammen mit dem Markierungsgen (z. B. Antibiotikaresistenz) wie pvw5ai oder Tn5-Mob; und d) durch Hybridisierung der das Plasmid mit seinem eingebauten Markierungsgen enthalt tenden Bakterien mit dem Empfängerbakterium gleichzeitig mit einem Helferbakterium zur Transferförderung.For example, the Tn5 transposon that can be used in a rhizobial transformation scheme is a particularly useful system for rhizobia. Symbioseplasmide C Sym plasmids) can be identified by hybridization with a labeled DNA probe containing nif genes. Transfer of this Sym plasmid can be done using Tn5 to incorporate a) a labeling gene into the Sym plasmid; for example, a gene for antibiotic resistance can be incorporated into the Sym plasmid using transposon Tn5 by a conjugating donor and recipient bacteria and hybrid selection based on the acquired resistance; b) by cloning the Sym plasmid or parts thereof into E. coli and transforming Rhizobia with the plasmid itself; c) by recombining the plasmid with transport genes together with the marker gene (eg antibiotic resistance) such as pvw5ai or Tn5-Mob; and d) by hybridizing the bacteria containing the plasmid with its incorporated marker gene to the recipient bacterium simultaneously with a helper bacterium for transfer promotion.
5.2. Samenüberzüge für Nichtleguminosen und überzogene Samen5.2. Seed coatings for non-legumes and coated seeds
Um die Symbiose zwischen den erfindungsgemäßen Rhizobia-Transformanten zu bewirken, sollten die Samen der NichtleguminosenTo effect the symbiosis between the rhizobia transformants of the invention, the seeds of the non-legumes should
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mit einem fur die Rhizobia-Transformanten spezifischen Material behandelt oder überzogen werden. Solche Oberzüge können den Rhizobiumtransformanten selbst einschließen oder ausschließen. Die Anwesenheit oder Abwesenheit des Rhizobia-Transformanten im Oberzug wirkt sich lediglich auf die Methode aus, die angewendet wird, um später Symbiose in der wachsenden Pflanze hervorzurufen«treated or coated with a material specific for the rhizobia transformant. Such overcoats may include or exclude the rhizobium transformant itself. The presence or absence of the Rhizobia transformant in the top pull only affects the method used to cause symbiosis in the growing plant later on. "
5.2.1. Samenüberzug für Nichtlequminosen5.2.1. Seed cover for non-glucose
Der Samenüberzug schließt ein, aber beschränkt sich nicht auf das folgende, das den Rhizobium-Transformanten ein- oder ausschließen kann: a) ein Gemisch von Extrakten, die von jeder der Leguminosenwirtspflanzen stammen, die ein Partner jedes Elternteils des Rhizobia-Transformanten istj b) chromatografische Fraktionen, die von jeder Leguminosenwirtspflanze stammen, die ein Partner für jedes Eltern-Rhizobium des Transformanten ist; c) Kristalle, die von dem Leguminosenextrakt und/oder seinen chromatografischen Fraktionen stammen oder d) damit verwandte Proteine. Wie vorstehend erklärt wurde, können die Proteine mit Hilfe chemischer Synthesemethoden, Rekombinant-DNS-Techniken gewonnen oder von anderen Quellen isoliert werden.The seed coat includes, but is not limited to, the following, which may include or exclude the rhizobium transformant: a) a mixture of extracts derived from each of the legume host plants that is a partner of each parent of the Rhizobia transformant. chromatographic fractions derived from each legume host plant that is a partner for each parent Rhizobium of the transformant; c) crystals derived from the legume extract and / or its chromatographic fractions or d) related proteins. As explained above, the proteins can be recovered by chemical synthetic methods, recombinant DNA techniques, or isolated from other sources.
Es besteht zwar keine Bindung an irgendeine Theorie oder Erklärung der Erfindung, aber diese beschriebenen Samenüberzüge können jeden einer Reihe von Faktoren enthalten, einschließlich, aber nicht ausschließlich, Lectine, Flovone, usw., die wichtig für die Verwirklichung der Symbiose zwischen der Nichtleguminosen und dem Rhizobia-Transformanten sein können. Kurzlich wurde berichtet, daß die Expression von Rhizobium-Nodulingenen, die an der normalen Wurzelhaarkräuselung und daher an der Symbiont/Wirt-Erkennung und Wurzelknöllchenbildung (Nodulation) beteiligt sind, durch ein Leguminosenwurzelexsudat induziert worden sei (Rossen et al., 1985, EMBO 4 (13A): 3369-3373). Neulich wurde berichtet, daß eine Gruppe von Verbindungen, genannt Flavone, die von Leguminosenwurzeln abgesondert werden, Expression vo.3 Nodulationsgenen bei RhizobiumWhile not wishing to be bound by any theory or explanation of the invention, these described seed coatings may include any of a number of factors, including, but not limited to, lectins, flovones, etc., which are important in achieving the symbiosis between the non-legumes Rhizobia transformants can be. Recently, it has been reported that the expression of rhizobium nodule genes involved in normal root curl and therefore symbiont / host recognition and nodule formation (nodulation) has been induced by legume root exudate (Rossen et al., 1985, EMBO 4 (13A): 3369-3373). Recently, it has been reported that a group of compounds called flavones secreted by legume roots express expression of Rhodobium nodulation genes
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induzieren· (siehe Redmond et al., 1986, Nature 323: 632-635). Flavone werden normalerweise in Blüten und Blättern verschiedener Pflanzen erzeugt, nur von Leguminosen ist bekannt, daß sie Flavone, absondern oder in Wurzeln enthalten· Nach dem Bericht von Redmond et al. induzierten bestimmte Flavone im Wurzelexsudat von Erbse, Bohne, Sojabohne, Luzerne und Klee Expression des nodA-Gens in R. trifoli, was bei Wurzelexsudat von den Nichtleguminosen Mais, Reis und Parasponia nicht der Fall war. Die Stimulierung des Rhizobiums war aus symbiotischer Sicht nicht leguminosenwirtsspezifisch; d. h., die Expression von nodA wurde im Rhizobium als Reaktion auf eine Reihe unterschiedlicher Leguminosenexsudate induziert. Daher können die Flavone.eines der frühen Signale zwischen einem Rhizobium und einer Leguminose sein, wonach eine zweite, wirtsspezifischere Erkennung stattfindet (z. B. das Lectin-Polysaccharid-Erkennungssystem), um diese besondere Wirts-Symbiont-Partnerschaft herzustellen. Möglicherweise ist das Flavoninduktionssystera ein frühes Ereignis, welches den mit Leguminosenextrakten behandelten Nichtleguminosensamen gestattet, für die Infektion mit den erfindungsgemäßen F -Rhizobium-Transformanten empfänglich zu werden. Vielleicht werden die in den Leguminosenextrakten vorhandenen Flavone von den Nichtleguminosensamen während der Imbibition oder Vorkeimung aufgenommen, zur Wurzel des jungen Sämlings transportiert und ziehen, wenn sie exsudiert werden, den Rhizobium-Transformänten an.(see Redmond et al., 1986, Nature 323: 632-635). Flavones are normally produced in flowers and leaves of various plants, only legumes are known to secrete flavones or to contain roots. According to the report by Redmond et al. induced certain flavones in the root exudate of pea, bean, soybean, alfalfa and clover expression of the no dA gene in R. trifoli, which was not the case with root exudate from the non-legumes corn, rice and parasponia. Stimulation of rhizobium was not symbiotically host specific from a symbiotic point of view; that is, the expression of nodA was induced in rhizobium in response to a number of different legume exudates . Thus, the flavones may be one of the early signals between a rhizobium and a legume, followed by a second, more host-specific recognition (eg, the lectin-polysaccharide recognition system) to produce this particular host-symbiont partnership. It is possible that the flavone induction hysteresis is an early event which allows legume extract treated non-legume seeds to become susceptible to infection with the F -Rhizobium transformants of the present invention. Perhaps the flavones present in the legume extracts are taken up by the non-legume seeds during imbibition or pre-germination, transported to the root of the young seedling and, when exuded, attract the rhizobium transformant.
Andere Faktoren aus den in den Samenuberzügen enthaltenen Leguminosenestrakten können bei der Verwirklichung der F -Transkonjugant-Infektion des Nichtleguminosenwirtes wichtig sein. Beispielsweise können die Samenüberzüge Lectine enthalten, von denen angenommen wird, daß sie an der spezifischen Erkennungs-Wechselwirkung zwischen Rhizobia und ihren Leguminosenwirtspartnern beteiligt sind. Ein vor kurzem erschienener Bericht beschreibt eine aus Einzelteilchen bestehende Form des Lectins, Trifolin A, das von Kleewurzelexsudaten isoliert werden kann und spezifisch an R. trifoli gebunden wird (Truchet et al«, 1986, Physiol. Plant 66: 575-582). Interessanterweise stellten Lectin enthaltende Leguminosenwurzelexsudate die FähigkeitOther factors from the legume strains contained in the seed coatings may be important in achieving F transconjugant infection of the non-legume host. For example, the seed coatings may contain lectins that are believed to be involved in the specific recognition interaction between rhizobia and its leguminous host partners. A recent report describes a particulate form of the lectin, trifolin A, which can be isolated from clover root exudates and specifically bound to R. trifoli (Truchet et al., 1986, Physiol. Plant 66: 575-582). Interestingly, lectin-containing legume exudates containing lectins provided the ability
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von Rhizobiamutanten wieder her, ihren Leguminosenwirt zu erkennen und Wurzelknöllchenbildung auszulösen (siehe Halverson et al., 1984, Plant Physiol. 74: 84-89 und 1985, Plant Physiol. 77: 621-625). Möglicherweise sind in den erfindungsgeraäßen Samenüberzügen ein oder mehrere Lectine enthalten, die ermöglichen, daß die spezifische Erkennung zwischen dem Rhizobia-Transformanten und seinem Nichtleguminosenpartner stattfindet.rhizobial mutants recognize their legume host and induce root nodule formation (see Halverson et al., 1984, Plant Physiol. 74: 84-89 and 1985, Plant Physiol. 77: 621-625). It is possible that one or more lectins are included in the seed coatings of the invention which allow the specific recognition to take place between the rhizobia transformant and its non-legume partner.
5.2.2. Methoden zum Oberziehen der Nichtleguminosensamen5.2.2. Methods for topping the non-legume seeds
Die Nichtleguminosensamen können durch eine Vielzahl Methoden überzogen werden, einschließlich, aber nicht ausschließlich Immersion und Lufttrocknung, Besprühen, Einbettung (zum Beispiel in Polymere), Immersion und Trommeltrocknung usw. Die gewählte Methode ist von dem zu verwendenden Oberzug abhängig. Wenn der Rhizobia-Transformant zum Beispiel in das Oberzugsgemisch eingeschlossen wird, sollten Methoden oder Ingredienzien verwendet werden, die die Lebensfähigkeit der Bakterien garantieren. Dazu gehören, ohne darauf beschränkt zu sein: Oberzugsgemische, die ein Gelmaterial enthalten, um den Feuchtigkeitsgrad hoch zu halten; wahlweise können die Samen mit pulverisierten Samenhülsen überzogen werden, die Fungizide enthalten. In jedem Fall sollte die Methode so gewählt werden, daß die Wirkstoffe im Oberzug nicht denaturiert oder zerstört werden.The non-legume seeds can be coated by a variety of methods including, but not limited to, immersion and air drying, spraying, embedding (for example, in polymers), immersion and tumble drying, etc. The method chosen depends on the topcoat to be used. For example, if the rhizobia transformant is included in the top coat mixture, methods or ingredients that guarantee the viability of the bacteria should be used. These include, but are not limited to: blends containing a gel material to keep the level of moisture high; optionally, the seeds may be coated with powdered seed pods containing fungicides. In any case, the method should be chosen so that the active ingredients are not denatured or destroyed in the top train.
In den erfindungsgemäßen Beispielen wurden die Samen der Nichtleguminosen durch Eintauchen in die Leguminosenextrakte und Lufttrocknung überzogen; vorzugsweise dreimal. Zwei Immersionen ergaben eine schlechte Penetration der Rhizobia-Transformanten, während vier Immersionen die Penetration anscheinend nicht verbesserten.In the examples according to the invention, the seeds of the non-legumes were coated by immersion in the leguminous extracts and air drying; preferably three times. Two immersions gave poor penetration of the rhizobia transformants, while four immersions did not appear to enhance penetration.
5.3. Verwirklichung der syrabiotischen Stickstoffbindung in den Nichtleguminosen 5.3. Realization of syrabotic nitrogen binding in non-legumes
Eine Reihe Methoden kann angewendet werden, um die Infektion der Nichtleguminosen durch die Rhizobia-Transformanten zu gewährleisten; die ausgewählte Methode hängt zum Teil von derA number of methods can be used to ensure the infection of non-legumes by the Rhizobia transformants; the selected method depends in part on the
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Beschaffenheit des verwendeten Oberzugs für die Nichtleguminosensamen ab.Texture of the used topcoat for the non-legume seeds.
Beispielsweise können Nichtleguminosensamen, die gemäß der Beschreibung mit einem Überzug versehen worden sind, der den Rhizobium-Transformanten nicht enthält, mit einer Suspension des Rhizobium-Transformanten befeuchtet werden. So kann der Samen, Sämling oder die Pflanze mit einem entsprechenden Volumen der Bakteriensuspension begossen werden. Wo der Samen-Überzug Rhizobium-Transformanten enthält, sind nur Pflanzen und Gießen erforderlich.For example, non-legume seeds that have been coated as described above that does not contain the rhizobium transformant may be wetted with a suspension of the rhizobium transformant. Thus, the seed, seedling or plant can be watered with an appropriate volume of the bacterial suspension. Where the seed coat contains Rhizobium transformants, only plants and watering are required.
Es kann erwünscht sein, je nach Art der Pflanze, Zustand des Bodens oder Geländes usw. nichtstickstoffhaltigen Dünger zuzusetzen. Tatsächlich wurde bei den Laborversuchen festgestellt, daß der Zusatz von 2 mM Stickstoff ganz am Anfang bei Aussaat der Samen ausreicht, um das Anfangswachstum der Pflanze zu erhöhen, ohne den Rhizobia-Transkonjuganten zu schaden oder sie "lahmzulegen1*» Das simuliert eher den natürlichen Zustand, weil die meisten Böden (selbst ungedüngte) eine gewisse Menge Stickstoff enthalten (nicht mehr als 2 mM); auf dem Feld ist die Gabe von Stickstoff nicht erforderlich. .It may be desirable to add non-nitrogenous fertilizer depending on the nature of the plant, condition of the soil or terrain, etc. In fact, it has been found in the laboratory experiments that the addition of 2 mM nitrogen at the very beginning, sufficient to increase the initial growth of the plant at sowing the seeds, without harming the rhizobia transconjugants or "paralyze 1 *" It simulates more natural Condition, because most soils (even unfertilized) contain a certain amount of nitrogen (not more than 2 mM), in the field the administration of nitrogen is not required.
5.4. Die nodulierten Nichtlequminosen5.4. The nodulated non-leucuminoses
Die Nichtleguminosen, die durch die erfindungsgemäßen Rhizobia-Transformanten zur Wurzelknöllchenbildung angeregt (noduliert) werden, weisen einen Stickstoff- und Trockensubstanzgehalt auf, der gleich oder größer ist als der ihrer mit Stickstoff gedüngten nicht-nodulierten Gegenstücke. Die nodulierten Pflanzen haben einen höheren Stickstoff- und Trockensubstanzgehalt als ihre ungedüngten nicht-nodulierten Gegenstücke. Analysen der Aminosäurezusammensetzungen der nodulierten Pflanzen belegten, daß in den meisten Fällen der Anteil jeder Aminosäure der gleiche bleibt, aber die Gesamtkonzentration pro Pflanze erhöht wird. In einigen Fällen wurden jedoch höhere Tryptophan- und Leucinwerte beobachtet.The non-legumes, which are stimulated by the Rhizobia transformants according to the invention for root nodule formation, have a nitrogen and dry matter content equal to or greater than that of their nitrogen-fertilized non-nodulated counterparts. The nodulated plants have a higher nitrogen and dry matter content than their unfertilized non-nodulated counterparts. Analyzes of the amino acid compositions of the nodulated plants demonstrated that in most cases the proportion of each amino acid remains the same, but the total concentration per plant is increased. In some cases, however, higher tryptophan and leucine levels were observed.
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5s wurde nun interessanterweise festgestellt, daß das Stroh, das nach der Ernte einiger der nodulierten Nichtleg'uminosenspecies verbleibt, beständig einen Proteingehalt von etwa 6% bis etwa 9 % aufwies; das ist ein krasser Unterschied zu dem Proteingehalt von 1,5 % bis 2 %, der normalerweise im Stroh der nicht-nodulierten Gegenstücke festgestellt wird. Dieses Stroh mit dem hohen Proteingehalt kann vorteilhaft als Proteinquelle eingesetzt werden, zum Beispiel in Viehfuttergemischen sowohl für landwirtschaftliche Nutztiere als auch Haustiere.Interestingly, it has now been found that the straw remaining after the harvest of some of the nodulated non-leguminous species consistently had a protein content of about 6% to about 9 % ; that is a gross difference to the protein content of 1.5% to 2 % normally found in the straw of the non-nodulated counterparts. This straw with the high protein content can be advantageously used as a source of protein, for example, in livestock feed mixtures for both livestock and domestic animals.
Die erfindungsgemäßen Rhizobia-Transformanten, die bei Nichtleguminosen Wurzelknöllchenbildung auslösen und Stickstoff in ihnen binden, können den Einsatz kostspieliger Stickstoffdüngemittel reduzieren und schließlich den Boden verbessern.The rhizobia transformants of the invention, which induce root nodule formation in non-legumes and bind nitrogen in them, can reduce the use of expensive nitrogenous fertilizers and ultimately improve the soil.
5.4.1. VVurzelknöllchenmerkmale5.4.1. VVurzelknöllchenmerkmale
Die Morphologie der durch die erfindungsgemäßen Rhizobia-Transformanten gebildeten Wurzelknöllchen an den Nichtleguminosen ist allem Anschein nach ziemlich normal im Aussehen, allerdings wird ein größerer Prozentsatz kleinerer Knöllchen gebildet. Die Rhizobia gelangen offensichtlich über Infektionsfäden in die Wurzel, und die Bakteroiden sind in Kammern enthalten. Tatsächlich wird in dem Wurzelknöllchen eine rötliche Farbe festgestellt, die auf Leghämoglobin oder ein damit engverwandtes Protein zurückzuführen sein mag. Elektronenmikroskopie der Knöllchen zeigt, daß die in der Kortex gefundenen Gefäßbündel peripherThe morphology of the root nodules formed by the rhizobia transformants of the invention on the non-legumes is apparently quite normal in appearance, but a larger percentage of smaller nodules are formed. The rhizobia apparently get into the root via infection threads, and the bacteroids are contained in chambers. In fact, a reddish color is found in the root nodule which may be due to leghemoglobin or a closely related protein. Electron microscopy of the nodules shows that the vascular bundles found in the cortex are peripheral
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liegen, während die Gefäßbündel der Seitenwurzeln zentral liegen. Die meisten Zellen im mittleren Teil der Wurzelknöllchen sind mit Bakteroiden angefüllt.lie while the vascular bundles of the lateral roots are central. Most cells in the middle part of the root nodules are filled with bacteroids.
Die Erfindung wird nachstehend an einigen Beispielen näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to some examples.
6. Beispiel: Material und Methoden für die Erzeugung von Rhizobia-Transkonjuganten und die Wurzelknöllchenbildunq bei Nichtleguminosen Example 6: Material and Methods for the Production of Rhizobia Transconjugants and the Root Knot Formation in Non-legumes
Die folgenden Beispiele beschreiben die Wurzelknöllchenbildung durch erfindungsgemäße Rhizobium-Transformanten bei den folgenden zur Familie der Gräser (Poaceae) gehörenden Nichtleguminosen: Weizen, Gerste, Sorghum und Reis. Außerdem wird beiThe following examples describe root nodule formation by rhizobium transformants according to the invention in the following non-leguminous plants belonging to the grass family (Poaceae): wheat, barley, sorghum and rice. In addition, at
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einem Mitglied der Brassicaceae, einer Pflanzengattung außerhalb der Familie der Gräser (d.)h. Familie Cruciferae) ebenfalls durch einen erfindungsgemäßen Rhizobium-Transformanten Wurzelknöllchenbildung ausgelöst.a member of the Brassicaceae, a genus outside the grass family (d.) h. Family Cruciferae) also caused by a rhizobium transformant root nodule formation according to the invention.
Interessanterweise wurde bei einer weiteren Pflanze außerhalb der Familie der Gräser, Eucalyptus (ein Mitglied der Familie Myrtaceae) eine positive Wirkung festgestellt. Bei jedem Beispiel wurde die Wechsellinien-Kulturmethode zur Erzeugung von Rhizobium-Transkonjuganten angewendet. Die Samen der Nichtleguminosen wurden durch Immersion der Samen in Leguminosenextrakte, die für den zur Knöllchenausbildung bei den Nichtleguminosen verwendeten bestimmten Rhizobium-Transkonjuganten spezifisch waren, überzogen. Die überzogenen Nichtleguminosensamen wurden mit den Rhizobia-Transkonjuganten infiziert, indem die überzogenen Samen ausgesät wurden, man die Samen keimen ließ und die Sämlinge mit einer Suspension des Rhizobium-Transkonjuganten gegossen wurden. Innerhalb von 8 bis 12 Wochen entwickelten sich stickstoffbindende Wurzelknöllchen.Interestingly, in another plant outside the grass family, Eucalyptus (a member of the Myrtaceae family), a positive effect was noted. In each example, the turnover line culture method was used to generate Rhizobium transconjugants. The seeds of the non-legumes were coated by immersing the seeds in leguminous extracts specific for the specific Rhizobium transconjugants used for nodule formation in the non-legumes. The coated non-legume seeds were infected with the Rhizobia transconjugants by seeding the coated seeds, germinating the seeds, and casting the seedlings with a suspension of the Rhizobium transconjugant. Within 8 to 12 weeks, nitrogen-binding root nodules developed.
In den Beispielen wurden Laborversuche durchgeführt, bei denen die Nichtleguminosen in drei Gruppen eingeteilt wurden, die folgendermaßen behandelt wurden: a) die erste Gruppe wurde mit dem Rhizobium-Transkonjuganten ohne Stickstoffdüngemittel behandelt (+R-N); b) die zweite Gruppe wurde mit Stickstoffdüngemittel ohne den Rhizobium-Transkonjuganten behandelt (-R+N); und c) die dritte Gruppe wurde weder mit dem Rhizobium-Transkonjuganten noch mit Stickstoffdüngemittel behandelt (-R-N). Zu bestimmten Zeitpunkten während des Wachstums wurden Pflanzen als Proben entnommen, und der Gesamtgehalt an organischem Stickstoff pro Pflanze, die Menge an Trockensubstanz pro Pflanze und bei einigen Versuchen der Proteingehalt pro Pflanze und seine Aminosäurezusammensetzung wurden bestimmt. Bei einigen Beispielen wurden Feldversuche durchgeführt. Die Ergebnisse zeigten, daß in jedem Fall die durch die Rhizobia-Transkonjuganten zur Wurzelknöllchenbildung gebrachten Nichtleguminoseripflanzen in der Lage waren, Stickstoff zu binden und zum Wachstum kein Stickstoffdüngemittel benötigten. Vielmehr wiesen dieIn the examples, laboratory experiments were performed in which the non-legumes were divided into three groups which were treated as follows: a) the first group was treated with the Rhizobium transconjugant without nitrogen fertilizer (+ R-N); b) the second group was treated with nitrogen fertilizer without the Rhizobium transconjugant (-R + N); and c) the third group was not treated with either the rhizobium transconjugant or nitrogen fertilizer (-R-N). At certain times during growth, plants were sampled and the total organic nitrogen content per plant, the amount of dry matter per plant and in some experiments the protein content per plant and its amino acid composition were determined. In some examples, field trials were conducted. The results showed that in each case the non-leguminous plants brought by the Rhizobia transconjugants for root nodule formation were able to bind nitrogen and did not require nitrogen fertilizer for growth. Rather, the
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nodulierten Nichtleguminosen (+R-N) in vielen Fällen einen höheren Stickstoff- und Trockensubstanzgehalt auf als die gedüngte nicht-nodulierte Gruppe (-R+N) oder die unbehandelte Gruppe (-R-N).Non-leguminous nodules (+ R-N) in many cases have a higher nitrogen and dry matter content than the fertilized non-nodulated group (-R + N) or the untreated group (-R-N).
Sofern nicht anderes angegeben ist, wurden die nachstehend beschriebenen Materialien und Methoden in jedem der folgenden Beispiele angewendet.Unless otherwise indicated, the materials and methods described below were used in each of the following examples.
6.1. Die Wechsellinien-Kulturmethode6.1. The change line culture method
Die in jedem der folgenden Beispiele angewendete Wechsellinien-Kulturmethode beinhaltet folgendes: zwei unterschiedliche Rhizobiaspecies (die Elterngeneration) wurden in abwechselnden Reihen (3 mm auseinander) auf ein Agar-Nährmedium gestrichen, das neben den für das Wachstum notwendigen Nährstoffen einen nicht-denaturierten Extrakt von jedem für jedes Eltern-Rhizobium spezifischen Leguminosenwirt enthielt. Nach Inkubation bei einer Wachstumstemperatur unter 32 0G, z. B. zwischen 18 0C und 30 0C, bildete jedes Eltern-Rhizobium Kolonien mit einer für diese Species charakteristischen Farbej zwischen den abwechselnden Reihen der farbigen Elternkolonien wurden Rhizobia-Transkonjuganten (F.-Transkonjuganten) erzeugt. Im Unterschied zu ihren Eltern bildeten die Rhizobia-F.-Transkonjugan«. ten milchig-weiße Kolonien und konnten keine Wurzelknöllchenbildung an Pflanzen bewirken. Es ist zu beachten, daß Inkubation bei einer Temperatur über 32 C auf dem hier verwendeten Agarmedium die Bildung roter Kolonien durch alle auf die Platte gestrichenen Rhizobiaspecies ergibt; wird jedoch die Temperatur auf einen Wert unter 32 C gesenkt (z. B. vorzugsweise zwischen 18 c und 30 C) stellt sich die charakteristische Farbe jeder Kolonie wieder ein.The change-line culture method used in each of the following examples involves the following: two different rhizobia species (the parental generation) were streaked in alternate rows (3 mm apart) on an agar medium supplemented with nutrients required for growth, an undenatured extract of each legume host specific for each parent Rhizobium. After incubation at a growth temperature below 32 0 G, z. B. between 18 0 C and 30 0 C, each parent Rhizobium formed colonies having a characteristic for this species Farbej between the alternating rows of the colored parent colonies were Rhizobia transconjugants (F. transconjugants) is generated. Unlike their parents, the Rhizobia-F. transconjugans formed ". milky-white colonies and failed to cause root nodule formation on plants. It should be noted that incubation at a temperature above 32 C on the agar medium used here results in the formation of red colonies by all rhizobia species coated on the plate; however, if the temperature is lowered below 32 C (eg, preferably between 18 C and 30 C), the characteristic color of each colony is restored.
Die Rhizobia-F -Transkonjuganten wurden von den milchig-weißen Kolonien isoliert und, wie beschrieben, in abwechselnden Reihen (3 mm auseinander) mit einer dritten Rhizobium-Elternspecies auf Agar-Nährmedium kultiviert, das zusätzlich zu den nicht-denaturierten Leguminosenextrakten, die zur ErzeugungThe Rhizobia F transconjugants were isolated from the milky white colonies and cultured as described in alternate rows (3 mm apart) with a third rhizobium parent species on agar nutritive medium supplemented with the undenatured legume extracts used in the generation
• & ν w *• & ν w *
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der milchig-weißen Kolonien verwendet wurden, einen dritten nicht-denaturierten Legurainosenextrakt enthielt, der von dem für die dritte Eltern-Rhizobiumspecies spezifischen Leguminosenwirt stammte. Es wurden Rhizobia-F -Transkonjuganten zwischen den abwechselnden Reihen der milchig-weißen, von dem Rhizobium-F -Transkonjuganten gebildeten Kolonien und den farbigen, von dem dritten Eltern-Rhizobium gebildeten Kolonien erzeugt. Die Kolonien des Rhizobium-F -Transkönjuganten wurden durch ihre schneeweiße Farbe identifiziert; diese F -Transkonjuganten waren in der Lage, Nichtleguminosen^ie gemäß der Beschreibung behandelt und gepflanzt worden waren, zu infizieren, Wurzelknöllchenbildung bei ihnen auszulösen und Stickstoff in ihnen zu binden. Die zur Erzeugung der Rhizobium-Transkonjuganten verwendeten Materialien und Methoden werden nachstehend ausführlicher beschrieben.of the milky white colonies, contained a third non-denatured legurainose extract derived from the legume host specific for the third parental rhizobium species. Rhizobia F transconjugants were generated between the alternating rows of milky white colonies formed by the Rhizobium F transconjugant and the colored colonies formed by the third parent Rhizobium. The colonies of the Rhizobium F transcanonant were identified by their snow white color; these F transconjugants were capable of infecting non-legumes, as described and planted, inducing root nodule formation and binding nitrogen in them. The materials and methods used to produce the rhizobium transconjugants are described in more detail below.
6.1.1. Isolierung von Eltern-Rhizobia6.1.1. Isolation of Parent Rhizobia
Die als Elterngenerationen verwendeten Rhizobiaspecies wurden entweder von Bodenproben oder von Leguminosenwurzelknöllchen, die sich in einem fortgeschrittenen Entwicklungsstadium befanden, isoliert.The rhizobia species used as parent generations were isolated from either soil samples or from leguminous root nodules that were in an advanced stage of development.
Die Isolierung der. Eltern-Rhizobia aus dem Boden erfolgte, indem Samen der Wirtsleguminosenpflanze, bei der durch die Rhizobia Wurzelknöllchenbildung ausgelöst wird, in die Bodenproben gelegt wurden. Die Pflanzen wurden nach 3 bis 4 Wochen (normalerweise) oder 10 bis 12 Wochen, wenn es langsamwachsende Pflanzen waren, geerntet.The isolation of the. Parent rhizobia from the soil was made by placing seeds of the host legume plant in which Rhizobia triggers root nodule formation into the soil samples. The plants were harvested after 3 to 4 weeks (normally) or 10 to 12 weeks, when they were slow growing plants.
Die Isolierung der Eltern-Rhizobia von den Leguminosenwurzelknöllchen erfolgte folgendermaßen: Die Knöllchen wurden zusammen mit etwa 1 cm des das Knöllchen umgebenden Wurzelgewebes von den Wurzeln abgetrennt. Das Knöllchen wurde durch Eintauchen in 3%iges HgCl sterilisiert und in 80%igem Ethanol gespült. Die Knöllchen wurden dann aus dem Wurzelgewebe herausgeschnitten und unter aseptischen Bedingungen in einem Mörser zerquetscht. Das mazerierte Material wurde auf dem unten be-The isolation of the parent rhizobia from the leguminous root nodules was as follows: The nodules were separated from the roots along with about 1 cm of the root tissue surrounding the nodule. The nodule was sterilized by immersion in 3% HgCl and rinsed in 80% ethanol. The nodules were then excised from the root tissue and crushed under aseptic conditions in a mortar. The macerated material was analyzed on the below
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schriebenen Agar-Nährmedium verteilt. Die Kolonien wurden durch Abimpfen auf ein Medium gleicher Zusammensetzung gereinigt, bis Einzelkolonien zweimal ausgebildet waren. Die von den gereinigten Einzelkolonien isolierten Rhizobia wurden in abwechselnden Reihen auf das beschriebene Agar-Nährmedium gestrichen, um die abwechselnden Reihen von Eltern-Rhizobia-Kolonien zu züchten.distributed agar nutritive medium. The colonies were cleaned by pickling on a medium of the same composition until single colonies were formed twice. The rhizobia isolated from the purified single colonies were streaked in alternating rows on the agar medium described to grow the alternate sets of parent Rhizobia colonies.
6.1.2. Aqar-Nährmedium6.1.2. Aqar-broth
Das zum Zuchten der Rhizobia in abwechselnden Linien verwendete Agarmedium wurde durch Zusetzen folgender Nährstoffe in den angegebenen Mengen zu 100 ml destilliertem Wasser hergestellt:The agar medium used to grow the rhizobia in alternate lines was prepared by adding the following nutrients in the indicated amounts to 100 ml of distilled water:
Lösung Nr. 1 hatte folgende Zusammensetzung:Solution No. 1 had the following composition:
Das oben beschriebene Agarmedium wurde dann 20 Minuten beiThe agar medium described above was then added for 20 minutes
2 Bar im Autoklaven behandelt und auf eine Temperatur zwischen2 bar autoclaved and at a temperature between
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55 c und 60 C abgekühlt, worauf folgendes zugesetzt wurde: je 1,0 ml von Lösung Nr. 2, Lösung Nr. 3 und Lösung Nr. 4; je 20 ml nicht-denaturierte Leguminosenpflanzenextrakte, die von der fur jede auf dem Medium zu kultivierende Eltern-Rhizobiaspecies spezifischen Vtfirtsleguminosenpflanze abgeleitet worden waren, und je 15 mg folgender Aminosäuren: L-Alanin, L-Serin und L-Tryptophan· Um das Denaturieren der Proteine in dem Leguminosenextrakt zu vermeiden, sollte die endgültige Medienzusammensetzung nicht im Autoklaven behandelt werden.55 c and 60 C, followed by the addition of 1.0 ml each of solution no. 2, solution no. 3 and solution no. 4; 20 ml each of non-denatured legume plant extracts derived from the parent rhizobia species Vtfirt legume plant specific for each medium to be cultured on the medium, and 15 mg each of the following amino acids: L-alanine, L-serine and L-tryptophan To avoid proteins in the legume extract, the final media composition should not be autoclaved.
Lösung Nr. 2, Lösung Nr. 3 und Lösung Nr. 4 hatten die unten angegebenen Zusammensetzungen. CJede wurde unter Verwendung von sterilem destilliertem Wasser hergestellt.Solution No. 2, Solution No. 3, and Solution No. 4 had the compositions given below. Each was prepared using sterile distilled water.
Steriles destilliertes Wasser bis zu einem Endvolumen von 100 mlSterile distilled water to a final volume of 100 ml
Die im Agarmedium und zum Oberziehen der Nichtleguminosensaraen verwendeten Leguminosenpflanzenextrakte wurden, wie nachstehend beschrieben, hergestellt.The legume plant extracts used in the agar medium and to cover the non-leguminous macaws were prepared as described below.
Die gesamte Pflanze oder ausgewählte Pflanzenteile, z. B.The entire plant or selected parts of plants, eg. B.
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saubere gewaschene Wurzeln, sterilisierte Samen oder oberii— dische Teile oder, vorzugsweise, junge Triebe wurden in feine Teilchen zerteilt, in einem Mörser mit 80%igem Ethanol zu einer dönnen, homogenen Paste gemahlen, in die ein gleiches Volumen Kalium-Natriumsalzpuffer, pH 7,2, folgender Zusammensetzung gegeben wurde:clean washed roots, sterilized seeds or upper parts or, preferably, young shoots were cut into fine particles, ground in a mortar with 80% ethanol to a thin, homogeneous paste into which an equal volume of potassium sodium salt buffer, pH 7 , 2, was given the following composition:
K2HPO4 0,430 gK 2 HPO 4 0.430 g
NaH2PO4 1,469 gNaH 2 PO 4 1.469 g
NaCl 7,200 gNaCl 7,200 g
Steriles destilliertes Wasser bis zu einem Endvolumen von 1000 ml.Sterile distilled water to a final volume of 1000 ml.
Die Mischung aus homogenisiertem Pflanzenextrakt und Puffer wurden 48 Stunden bei 4 c stehengelassen und durch 30minütiges Zentrifugieren bei ungefähr 5000 χ g pelletiert. Dann wurde die überstehende Flüssigkeit etwa 48 Stunden lang bei 4 0C unter Verwendung von sterilem Wasser dialysiert, währenddessen das Wasser 5 bis 6mal ausgetauscht wurde, bis eine klare, färb-, lose Flüssigkeit, d. h. der Extrakt, gewonnen wurde. Die Extrakte wurden bei 4 0C aufbewahrt.The mixture of homogenized plant extract and buffer was allowed to stand at 4 c for 48 hours and pelleted by centrifugation at about 5000 g for 30 minutes. Then, the supernatant was dialyzed at 4 0 C using sterile water for about 48 hours, during which time the water was replaced 5 to 6 times, until a clear, the color, transparent liquid, that is, the extract was recovered. The extracts were stored at 4 0 C.
6.1.4. Isolierung von Rhizobia-Transkonjuganten 6.1.4. Isolation of rhizobia transconjugants
Wenn die beiden Eltern-Rhizobia bei einer Temperatur unter 32 C in abwechselnden Linien (3 mm auseinander) auf dem Agarmedium, das die passenden Leguminosenextrakte, wie oben beschrieben, enthielt, kultiviert wurden, bildeten die Eltern-Rhizobia Kolonien mit einer charakteristischen Farbe aus. Zwischen den Reihen farbiger Elternkolonien entwickelten sich jedoch zwei Arten von Kolonien: a) Kolonien mit einer Farbe, die ein Gemisch der Farben der Elternkolonien darstellte und b) die milchig-weißen Kolonien des Rhizobium-F^Transkonjuganten. Das Verhältnis zwischen den farbigen Kolonien und den milchig-weißen F -Transkonjugant-Kolonien variierte etwas, aber im Durchschnitt betrug es etwa 100 : 3 (Mischfarbenkolonien: milchig-weißen Kolonien). Die Mischfarbenkolonien bildeten bei beiden Wirtsleguminosenspecies Wurzelknöllchen aus, aber nur in einer Generation; d. h. die Rhizobia der Misch-When the two parent rhizobia were cultured at a temperature below 32 C in alternate lines (3 mm apart) on the agar medium containing the appropriate leguminous extracts as described above, the parent rhizobia formed colonies of a characteristic color. However, two types of colonies developed between the rows of colored parent colonies: a) colonies with a color representing a mixture of the colors of the parent colonies and b) the milky white colonies of the rhizobium F ^ transconjugant. The ratio between the colored colonies and the milky white F transconjugant colonies varied somewhat, but on average it was about 100: 3 (mixed color colonies: milky white colonies). The mixed color colonies formed root nodules in both host legume species, but only in one generation; d. H. the rhizobia of the mixed
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farbenkolonien nodulierten die Leguminosenwirtspartner beider Eltern-Rhizobia, aber die von den Wurzelknöllchen jedes einzelnen Leguminosenwirtes gewonnenen Rhizobia konnten nur wieder bei diesem bestimmten Leguminosenwirt Wurzelknöllchenbildung hervorrufen. Im Gegensatz dazu riefen die milchig-weißen F -Transkonjugant-Kolonien bei keiner Pflanze Wurzelknöllchenbildung hervor.In color colonies, the legume host partners of both parental rhizobia nodded, but the rhizobia obtained from the root nodules of each legume host could only produce root nodule formation in this particular leguminous host. In contrast, the milky white F transconjugant colonies did not induce root nodule formation in any plant.
Da es schwierig war, eine einzelne Hybridkolonie auf ein neues Medium zu übertragen, ohne es mit einer oder mehreren farbigen Kolonien zu verunreinigen, wurden ein- oder mehrmalige biologische Reinigungen durchgeführt, indem die milchig-weißen Kolonien auf ein anderes Agarmediura (der gleichen Zusammensetzung) übertragen wurden, bis, im allgemeinen nach 10 bis 12 Wochen, eine reine Kultur des F -Transkonjuganten mit einer beständigen und gleichmäßigen milchig-weißen Farbe gewonnen wurde.Since it was difficult to transfer a single hybrid colony to a new medium without contaminating it with one or more colored colonies, one or more biological purifications were performed by switching the milky white colonies to another agar mediura (of the same composition). were transferred until, generally after 10 to 12 weeks, a pure culture of the F -transconjugant was obtained with a consistent and uniform milky white color.
Die reine F -Transkonjugantenkultur, die die milchig-weißen Kolonien bildete, wurde dann bei einer Temperatur unter 32 0C in abwechselnden Linien (3 mm auseinander) mit einer anderen Rhizobiumspecies auf einem Agarmedium der gleichen, für den F -Transkonjuganten verwendeten Zusammensetzung kultiviert, das zusätzlich einen dritten, von dem für das dritte Eltern-Rhizobium spezifischen Leguminosenwirt abgeleiteten Leguminosenextrakt enthielt. Der F -Transkonjugant erzeugte seine charakteristischen milchig-weißen Kolonien, während das Eltern-Rhizobium Kolonien mit seiner spezifischen Farbe erzeugte. Zwei Koloniearten entwickelten sich zwischen den Linien milchig-weißer Kolonien und den farbiger Kolonien: farbige Kolonien und schneeweiße Kolonien. Die schneeweißen Kolonien enthalten die Rhizobium-Fp-Transkonjuganten, die bei Nichtleguminosen stickstoffbindende VVurzelknöllchen bilden können. Die schneeweißen F -Transkonjugantkolonien wurden gereinigt und isoliert, wie es für die milchig-weißen Kolonien beschrieben wurde, und sie wurden zur Wurzelknöllchenausbildung bei Nichtleguminosen eingesetzt.The pure F -Transkonjugantenkultur, which formed the milky white colonies was then (3 mm apart) cultured with another Rhizobiumspecies on an agar medium of the same, used for the F transconjugants composition at a temperature below 32 0 C in alternating lines, which additionally contained a third legume extract derived from the legume host specific for the third parental rhizobium host. The F -transconjugant produced its characteristic milky white colonies while the parent rhizobium produced colonies with its specific color. Two colonies developed between the lines of milky-white colonies and the colored colonies: colored colonies and snow-white colonies. The snow white colonies contain the rhizobium Fp transconjugants, which in non-legumes can form nitrogen-binding V-root nodules. The snow white F transconjugant colonies were purified and isolated as described for the milky white colonies and used for root nodule formation in non-legumes.
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Nach der Wurzelknöllchenbildung bei der Nichtleguminosenpflanze können die Rhizobia-F -Transkonjugant-Bakteroiden von dem Knöllchen isoliert und in einem Agarmedium gezüchtet werden. Wenn das Agarmedium die gleiche Zusammensetzung wie das zur Erzeugung des Transkonjuganten verwendete Agarmedium aufweist (d. h., das Agarmedium enthält die drei Leguminosenextrakte, die von dem Leguminosenwirt abgeleitet wurden, der für jedes zur Erzeugung des F -Transkonjuganten verwendete Eltern-Rhizobium spezifisch ist) und dazu einen Extrakt seiner Nichtlegurainosenwirtspflanze, dann bilden die von dem Nichtleguminosenwurzelknöllchen isolierten F -Transkonjuganten Kolonien mit einer graulichen Farbe.After root nodule formation in the non-legume plant, the Rhizobia F transconjugant bacteroids can be isolated from the nodule and grown in an agar medium. When the agar medium has the same composition as the agar medium used to produce the transconjugant (ie, the agar medium contains the three leguminous extracts derived from the legume host specific for each parent rhizobium used to produce the F trans -conjugant) and thereto an extract of its non-plain urine host plant, then the F transconjugants isolated from the non-leguminous root nodule form colonies of a grayish color.
6.2. Vorbereitung der Nichtleguminosensamen6.2. Preparation of non-legume seeds
Samen der Nichtleguminosenpflanze wurden überzogen, indem sie dreimal bei 20 0C für je 3 Stunden in eine wäßrige Lösung getaucht wurden, die 3 % Calciumsulfat und bis zu 10 % eines Gemisches der drei, wie in Abschnitt 6.1.3. beschrieben, hergestellten Leguminosenextrakte enthielten, die zur Erzeugung des Rhizobium-F -Transkonjuganten verwendet wurden. Nach jeder Immersion wurden die Samen 12 Stunden bei 40 0C luftgetrocknet.Seeds of the non-legume plant were coated by dipping them three times at 20 ° C. for 3 hours each in an aqueous solution containing 3 % calcium sulfate and up to 10 % of a mixture of the three, as described in Section 6.1.3. contained leguminous extracts used to produce the Rhizobium F transconjugant. After each immersion, the seeds were air-dried at 40 ° C. for 12 hours.
6.3. Infektion von Nichtleguminosen mit Rhizobia-F2-Transkonjuganten6.3. Infection of non-legumes with Rhizobia F 2 transconjugants
Die Infektion von Nichtleguminosen mit Rhizobia-F -Transkonjuganten erfolgte durch Aussäen der überzogenen Nichtleguminosensamen und Gießen der gekeimten Sämlinge mit einer Suspension des Rhizobium-Fp-Transkonjuganten. Bei den folgenden Seispielen wurden Labor- und Feldversuche durchgeführt, bei denen die gekeimten Sämlinge behandelt wurden entweder a) mit dem Rhizobium-F2-Transkonjuganten ohne anorganisches Stickstoffdüngemittel (+R-N); b) mit dem anorganischen Stickstoffdüngemittel ohne den Rhizobium-F -Transkonjuganten (-R+N) oder c) weder mit dem Rhizobium-F -Transkonjuganten noch mit dem anorganischen Stickstoffdüngemittel (-R-N). Der Stickstoffgehalt pro Pflanze, die"Trockenmasse und in einigen Fällen dieThe infection of non-legumes with Rhizobia F transconjugants was carried out by sowing the coated non-legume seeds and watering the germinated seedlings with a suspension of the Rhizobium Fp transconjugant. In the following examples, laboratory and field experiments were performed in which the germinated seedlings were treated either a) with the rhizobium F 2 transconjugant without inorganic nitrogen fertilizer (+ RN); b) with the inorganic nitrogen fertilizer without the Rhizobium F transconjugant (-R + N) or c) with either the Rhizobium F transconjugant or with the inorganic nitrogen fertilizer (-RN). The nitrogen content per plant, the "dry matter and in some cases the
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Aminosäurenzusammensetzung der entstehenden Pflanzen wurden bestimmt.Amino acid composition of the resulting plants were determined.
Die eingesetzten Materialien und Methoden werden nachstehend ausführlicher beschrieben.The materials and methods used are described in more detail below.
6.3.1. Laborversuche6.3.1. laboratory tests
Bei den Laborversuchen wurden die überzogenen Nichtleguminosensamen in 1-Liter-Behälter (üydsk Papir Vaerk, Arhus) gesät, die mit 3-mm-"Fibo"(R)-Klinkermaterial gefüllt waren; 4 bis 5 Samen wurden in jeden Behälter gesät. Das "Fibo"-Klinkermaterial besteht aus luftgefüllten, gebrannten Tonkugeln (Pebbles) von etwa 3 mm Durchmesser, die normalerweise als Isolier-^ material verwendet werden.In the laboratory experiments, the coated non-legume seeds were sown in 1-liter containers (ydydsk Papir Vaerk, Arhus) filled with 3 mm "Fibo" (R) clinker material; 4 to 5 seeds were sown in each container. The "Fibo" clinker material consists of air-filled, burned clay balls (pebbles) of about 3 mm in diameter, which are normally used as insulating material.
Wenn die gekeimten Samen einige Zentimeter über die "Fibo"-Klinkermaterialoberfläche gewachsen waren, wurden die Sämlinge in jedem Behälter wie folgt gegossen: a) die +R-Nr-Gruppe wurde mit einer 50-ml-Suspension des Rhizobium-F_-Transkonjuganten gegossen; danach wurden die Pflanzen einmal wöchentlich mit 50 bis 80 ml eines nichtstickstoffhaltigen Düngemittels pro Behälter gegossen; b) die -R+N-Gruppe wurde nicht mit dem Rhizobium-F2-Transkonjuganten behandelt, sondern statt dessen mit einem anorganischen Stickstoffdüngemittel gegossen; danach wurden die Pflanzen einmal wöchentlich mit 50 bis 80 ml des gleichen anorganischen Stickstoffdüngemittels pro Behälter gegossen; und c) die -R-N-Gruppe wurde mit 50 bis 80 ml des nichtstickstoffhaltigen Düngemittels pro Behälter gegossen. Das anorganische Stickstoffdüngemittel und das nichtstickstoffhaltige Düngemittel sind nachstehend definiert.When the germinated seeds had grown a few centimeters above the "Fibo" clinker material surface, the seedlings in each container were poured as follows: a) The + R-Nr group was poured with a 50 ml suspension of the Rhizobium F_ transconjugant ; then the plants were watered once a week with 50 to 80 ml of a non-nitrogenous fertilizer per container; b) the -R + N group was not treated with the rhizobium F 2 transconjugant, but instead was cast with an inorganic nitrogen fertilizer; then the plants were poured once a week with 50 to 80 ml of the same inorganic nitrogen fertilizer per container; and c) the -RN group was poured with 50 to 80 ml of the non-nitrogenous fertilizer per container. The inorganic nitrogen fertilizer and the non-nitrogenous fertilizer are defined below.
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Düngemittel ml Vorratslösunq/Liter Endvolumen Fertilizer ml stock solution / liter final volume
1010
10 10 10 10 1010 10 10 10 10
1010
10 10 10 10 1010 10 10 10 10
Die Suspension von Rhizobia-F^Transkonjuganten, die zum Gießen der Sämlinge verwendet wurden, wurden bereitet, indem der Rhizobium-F -Transkonjugant in 300-ml-Kolben mit einem Gehalt von 200 ml des folgenden Nährmediums kultiviert wurde:The suspension of rhizobia F ^ transconjugants used to water the seedlings were prepared by cultivating the Rhizobium F transconjugant in 300 ml flasks containing 200 ml of the following nutrient medium:
1,0 g1.0 g
1,0 g1.0 g
0,36 g0.36 g
0,17 g0.17 g
0,005 g0.005 g
0,7 g0.7 g
1,0 g1.0 g
3,0 g3.0 g
Destilliertes Wasser bis zu einem Endvolumen von 1000 ml.Distilled water to a final volume of 1000 ml.
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Die Bakterien wurden zwei bis drei Tage lang bei 28 C gezüchtet, bis die spektrophotometrisch bei OD gemessene Bakteriendichte 0,8 betrug, was anzeigte, daß sich die Bakterien in der logarithmischen Wachstumsphase befanden und die Kultur noch nicht in die stationäre Phase eingetreten war. Dann wurden die Zellen durch 30minütiges Zentrifugieren bei ungefähr 5000 χ g pelletiert und durch Resuspension in sterilem Wasser gewaschen. Diese Wäsche wurdeein- oder zweimal wiederholt, um alle Stickstoffverbindungen von den Bakterienzellen zu entfernen. Das entstehende Zellenpellet wurde in 1,8 Liter sterilen Wassers erneut suspendiert. Diese fertige Bakteriensuspension wurde zum Gießen der Nichtleguminosensämlinge verwendet.The bacteria were cultured at 28 ° C for two to three days until the bacterial density measured spectrophotometrically at OD was 0.8, indicating that the bacteria were in the logarithmic growth phase and the culture had not yet entered the stationary phase. Then, the cells were pelleted by centrifuging at about 5000 g for 30 minutes and washed by resuspension in sterile water. This wash was repeated once or twice to remove all nitrogen compounds from the bacterial cells. The resulting cell pellet was resuspended in 1.8 liters of sterile water. This final bacterial suspension was used to cast the non-legume seedlings.
6.3.2. Feldversuche6.3.2. field trials
Bei den Feldversuchen wurden die überzogenen Nichtleguminosensamen in Erde gesät, die niemals bebaut worden war. Das Land wurde gesäubert und in Streifen von 30 Fuß Breite mal 90 Fuß Länge eingeteilt. Die Samen wurden nur wechselweise in die Streifen eingesät (d. h. Streifen ohne Saat verblieben zwischen den Streifen, in die Samen gebracht worden waren), um zu verhindern, daß aus einem Streifen ausgelaugte Chemikalien in einen anderen Streifen gelangen und diesen verunreinigen konnten. Innerhalb eines Streifens wurden die Samen in sechs Reihen ausgesät; die einzelnen Reihen waren 60 Zoll voneinander entfernt, und die Samen innerhalb jeder Reihe wurden in einem Abstand von 8 Zoll gesät.In the field trials, the coated non-legume seeds were sown in soil that had never been cultivated. The land was cleaned and divided into strips 30 feet wide by 90 feet long. The seeds were only seeded alternately into the strips (i.e., strips without seeds remained between the strips into which seeds had been placed) to prevent chemicals leached from one strip from entering another strip and contaminating it. Within a strip, the seeds were sown in six rows; the individual rows were 60 inches apart, and the seeds within each row were sown 8 inches apart.
Deder Streifen enthielt eine der folgenden Gruppen: a) die +R-N-Gruppe, die mit dem Rhizobium-F -Transkonjuganten behandelt und mit dem oben definierten nichtstickstoffhaltigen Düngemittel gegossen worden war, b) die -R+N-Gruppe, die nicht mit dem Rhizobium-F2-Transkonjuganten behandelt, sondern statt dessen mit dem oben definierten anorganischen Stickstoffdüngemittel gegossen worden war; und c) die -R-N-Gruppe, die weder mit dem Rhizobium-F -Transkonjuganten noch mit dem anorganischen Düngemittel behandelt, sondern statt dessen mit dem nichtstickstoffhaltigen Düngemittel gegossen worden war.The strip contained one of the following groups: a) the + RN group treated with the Rhizobium F -transconjugant and cast with the above-defined non-nitrogenous fertilizer; b) the -R + N group which does not interfere with the Treated with Rhizobium F 2 transconjugants, but instead was cast with the above-defined inorganic nitrogen fertilizer; and c) the -RN group, which was treated with neither the Rhizobium F transconjugant nor the inorganic fertilizer, but instead was cast with the non-nitrogenous fertilizer.
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Das folgende Verfahren wurde angewendet, um die +R-N-Gruppe mit dem Rhizobium-F -Transkonjuganten zu infizieren: eine Kultur des Rhizobium-F -Transkonjuganten wurde 4 Zoll unter jeden ausgesäten Samen geimpft. Säen und Beimpfen des Bodens wurden mit einer Maschine durchgeführt, die einen 300-Gallonen-Tank hatte, der eine Suspension des Rhizobia-F -Transkonjuganten enthielt, die gemäß vorhergehender Beschreibung, aber in einem viel größeren Maßstab hergestellt worden war (d. h., der Rhizobia-F_-Transkonjugant wurde in einem 10 OOO-Gallonen-Tank bis zur log-Phase gezüchtet und auf einen 0Dfi --Wert von 0,8 verdünnt). Etwa 1,5 ml Rhizobiura-F Transkonjugant-Kultur pro Samen wurden in die darunterliegende Erde eingeimpft. Danach wurden Samen und Sämlinge, wie beschrieben, gegossen.The following procedure was used to infect the + RN group with the Rhizobium F transconjugant: a culture of the Rhizobium F transconjugant was inoculated 4 inches below each seeded seed. Soil seeding and inoculation were performed with a machine having a 300 gallon tank containing a suspension of the Rhizobia F transconjugant prepared as described above but on a much larger scale (ie, Rhizobia -F_ transconjugant was grown to log phase in a 10,000 gallon tank and diluted to a 0D fi value of 0.8). Approximately 1.5 ml Rhizobiura F transconjugant culture per seed was inoculated into the soil below. Thereafter, seeds and seedlings were cast as described.
6.4. Protokoll für die Analyse von Trockenmasse, Stickstoff- und Proteingehalt von nodulierten Nichtleguminosen 6.4. Protocol for the analysis of dry matter, nitrogen and protein content of nodulated non- leguminous mines
Periodisch wurde eine Anzahl Behälter jeder Pflanzengruppe aus den Laborversuchen auf 3 Pflanzen pro Behälter vereinzelt und für die Kjeldahl-Analyse entnommen, bei der der Gesamtgehalt an organischem Stickstoff und die Trockensubstanzmenge pro Behälter (d. h. pro 3 Pflanzen) bestimmt wurden. Zu diesem Zweck wurden die oberirdischen Teile der Pflanze entfernt, 48 Stunden bei 80 0C getrocknet, gewogen, zerkleinert und in einem Mörser gemahlen. Proben des mazerierten Materials wurden für die Kjeldahl-Analyse entnommen, die nach der Standardmethode durchgeführt wurde. CJede, Kjeldahl-Analyse wurde 4 bis 6mal wiederholt. Die Ergebnisse wurden als Stickstoffmenge und Trockenmasse pro Pflanze aufgezeichnet. In allen Fällen hatten die mit Rhizobium zur V/urzelknöllchenbildung gebrachten Pflanzen einen höheren Trockensubstanzgehalt und Stickstoffgehalt als die mit Stickstoff gedüngten oder unbehandelten Gruppen.Periodically, a number of containers of each plant group from the laboratory experiments were separated into 3 plants per container and sampled for Kjeldahl analysis, which determined the total organic nitrogen content and the dry matter amount per container (ie per 3 plants). For this purpose, the aerial parts of the plant were removed, dried for 48 hours at 80 0 C, weighed, crushed and ground in a mortar. Samples of the macerated material were taken for the Kjeldahl analysis performed according to the standard method. Each, Kjeldahl analysis was repeated 4 to 6 times. The results were recorded as amount of nitrogen and dry matter per plant. In all cases, the rhizobium seeded plants had a higher dry matter content and nitrogen content than the nitrogen fertilized or untreated groups.
Bei den Felduntersuchungen wurde eine Anzahl Pflanzen periodisch geerntet, und der Proteingehalt pro Pflanze wurde bestimmt, indem zuerst der Stickstoffgehalt pro Pflanze mitIn the field studies a number of plants were harvested periodically and the protein content per plant was determined by first of all the nitrogen content per plant
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Hilfe der Kjeldahl-Analyse bestimmt und die Prozent Stickstoff dann mit einem Faktor von 6,25 multipliziert wurden. Bei einigen Versuchen wurde die Aminosäurezusammensetzung des Proteins bestimmt. In allen Fällen hatten die durch Rhizobium nodulierten Nichtleguminosen einen höheren Proteingehalt als die Pflanzen, die mit dem anorganischen Stickstoffdünger behandelt worden waren und die Pflanzen, die mit dem nichtstickstoffhaltigen Dünger behandelt worden waren.Using the Kjeldahl analysis, the percent nitrogen was then multiplied by a factor of 6.25. In some experiments, the amino acid composition of the protein was determined. In all cases, the rhizobium-nodulated non-legumes had a higher protein content than the plants treated with the inorganic nitrogen fertilizer and the plants treated with the non-nitrogenous fertilizer.
7. Beispiel: Rhizobium tritici, das Wurzelknöllchenbildung bei Weizen auslöst Example 7: Rhizobium tritici, which causes root nodule formation in wheat
Rhizobium tritici, das Weizen noduliert (Knöllchenbildung auslöst) wurde nach der in Abschnitt 6 beschriebenen Methode erzeugt, indem zuerst R. phaseoli mit R. cowpea leucaena gekreuzt wurde, um den F -Transkonjuganten zu erzeugen, der dann mit R. trifoli gekreuzt wurde. Das auf diese Weise gewonnene R. tritici wurde eingesetzt, um bei vier VVeizensorten Wurzelknöllchen auszubilden: Anja, Kraka, Vuka und Williams. Rhizobium tritici, which causes nodularity (induces nodule formation), was generated by the method described in Section 6, by first crossing R. phaseoli with R. cowpea leucaena to produce the F transconjugant, which was then crossed with R. trifoli . The R. tritici obtained in this way was used to develop root nodules in four varieties of vivae: Anja, Kraka, Vuka and Williams.
7.1. Gewinnung von Rhizobium tritici7.1. Extraction of Rhizobium tritici
Für die Gewinnung von R. tritici wurden die folgenden Eltern-Rhizobia verwendet, um die milchig-weißen F -Transkonjugantkolonien zu erzeugen: a) R. phaseoli, isoliert von der französischen Bohnenkulturvarietät, Prospector, die in einer in der Nähe von Aarhus, MS-I, entnommenen Bodenprobe gezogen worden war, und b) R. cowpea leucaena, isoliert von dem tropischen Baum Leucaena leucocephala (zur Familie der Fabaceae gehörig) aus Papua Neuguinea.For the production of R. tritici , the following parent rhizobia were used to produce the milky white F transconjugant colonies: a) R. phaseoli, isolated from the French bean cultivar, Prospector, located in a near Aarhus, MS And (b) R. cowpea leucaena, isolated from the tropical tree Leucaena leucocephala (belonging to the Fabaceae family) from Papua New Guinea.
Die Eltern-Rhizobia wurden in abwechselnden Linien auf dem vorstehend beschriebenen Agarmedium gezüchtet; die in dem Medium verwendeten Leguminosenextrakte wurden von den oberirdischen Teilen der französischen Bohne bzw. von den Blättern von Leucaena leucocephala gewonnen. Die von R. phaseoli gebildeten Kolonien hatten eine charakteristische dunkelbraune Farbe, während die von Γ?. cowpea leucaena eine charakteri-The parental rhizobia were grown in alternate lines on the agar medium described above; the leguminous extracts used in the medium were obtained from the aerial parts of the French bean and from the leaves of Leucaena leucocephala, respectively. The colonies formed by R. phaseoli had a characteristic dark brown color while that of Γ ?. cowpea leucaena a characteristic
- 39 stische gräulichbraune Farbe aufwiesen.- 39 had a subtle greyish-brown color.
Der von den milchig-weißen Kolonien stammende Rhizobium-F Transkonjugant wurde gereinigt und, wie beschrieben, in abwechselnden Linien mit einem R. trifoli-Stamm kultiviert, der von Rotklee isoliert worden war, der in einer bei Randers gefundenen Erdprobe gewachsen war. Die in dem Medium verwendeten Leguminosenextrakte stammten von den oberirdischen Teilen der französischen Bohne, den Blättern von Leucaena leucocephala und den oberirdischen Teilen von Rotklee. Die von dem F -Transkonjuganten gebildeten Kolonien waren milchigweiß, während die von R. trifoli gebildeten Kolonien eine charakteristische hellbraune Farbe aufwiesen.The Rhizobium F transconjugant derived from the milky white colonies was purified and cultured as described in alternating lines with a R. trifoli strain isolated from red clover grown in a soil sample found at Randers. The legume extracts used in the medium were from the aerial parts of the French bean, the leaves of Leucaena leucocephala and the aerial parts of red clover. The colonies formed by the F transconjugant were milky white while the colonies formed by R. trifoli had a characteristic light brown color.
Der von den schneeweißen, zwischen den Strichen gewonnenen Kolonien stammende Rhizobium-F -Transkonjugant, hier Rhizobium tritici genannt, wurde gereinigt und isoliert, wie es beschrieben wurde. Das nahm etwa 20 Wochen in Anspruch. Danach wurde der F -Transkonjugant eingesetzt, um V/urzelknöllchenbildung bei Weizen auszulösen.The Rhizobium F -transconjugant, here called Rhizobium tritici , derived from the snow-white intercolon colonies, was purified and isolated as described. That took about 20 weeks. Thereafter, the F -transconjugant was used to induce root nodule formation in wheat.
7.2. Wurzelknöllchenbildung bei Weizen mit Hilfe von Rhizobium tritici 7.2. Root nodule formation in wheat with the help of Rhizobium tritici
Das Rhizobium tritici wurde verwendet, um bei vier Weizensorten, nämlich Anja, Kraka, Vuka und Williams Wurzelknöllchenbildung auszulösen. Die Weizensamen wurden behandelt, indem sie dreimal in die vorstehend beschriebene wäßrige Lösung getaucht wurden, die 3 % Calciumsulfat und bis zu etwa 10 % Leguminosenextrakte, die zur Erzeugung von R. tritici verwendet wurden, enthielten, d. h. die drei zum Oberziehen der Samen verwendeten Leguminosenextrakte wurden von den oberirdischen Teilen der französischen Bohne, den Blättern von Leucaena leucocephala und den oberirdischen Teilen von Rotklee gewonnen. Nach jeder Immersion wurden die Samen luftgetrocknet und gemäß nachstehender Beschreibung gesät.The Rhizobium tritici was used to induce root nodule formation in four wheat varieties, namely Anja, Kraka, Vuka and Williams. The wheat seeds were treated by dipping them three times in the aqueous solution described above containing 3 % calcium sulfate and up to about 10 % legume extracts used to produce R. tritici , ie the three leguminous extracts used to cover the seeds were obtained from the aerial parts of the French bean, the leaves of Leucaena leucocephala and the aerial parts of red clover. After each immersion, the seeds were air-dried and sown as described below.
7.2.1. Laborversuch Der oben beschriebene Versuchsablauf wurde für drei verwen- 7.2.1. Laboratory experiment The experimental procedure described above was used for three
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dete Weizensorten: Anja, Kraka und Vuka durchgeführt; d. h.f 4 bis 5 Samen wurden pro mit 1*FiboH-Klinkermaterial gefüllten Ein-Liter-Behälter gesät und keimen gelassen. CJede der drei Weizensorten wurde in die folgenden drei Gruppen eingeteilt: a) +R-N, deren Sämlinge mit einer 50-ml-Suspension von, wie oben beschrieben, hergestellten R. tritici gegossen wurden, woran sich wöchentliches Gießen mit dem nichtstickstoffhaltigen Düngemittel anschloß; b) -R+N, deren Sämlinge kein R. tritici erhielten, aber mit dem anorganischen Stickstof f düngemittel gegossen wurden; und c) -R-N, deren Sämlinge weder R. tritici noch anorganischen Stickstoffdünger erhielten und statt dessen mit dem oben beschriebenen nichtstickstoffhaltigen Düngemittel gegossen wurden. Die mit R. tritici behandelten Pflanzen entwickelten innerhalb von 8 bis 10 Wochen •ifurzelknöllchen. Die Pflanzen in jedem Behälter wurden auf 3 Pflanzen vereinzelt, und 10 Behälter wurden in jeder Gruppe für die Analyse von Trockenmasse und Stickstoffgehalt verwendet· -wheat varieties: Anja, Kraka and Vuka; ie f 4 to 5 seeds were sown and germinated per one liter container filled with 1 * Fibo H clinker material. Each of the three wheat varieties was divided into the following three groups: a) + RN, the seedlings of which were poured with a 50 ml suspension of R. tritici prepared as described above, followed by weekly pouring with the non-nitrogenous fertilizer; b) -R + N whose seedlings did not receive R. tritici but were fertilized with inorganic nitrogen fertilizer; and c) RN whose seedlings received neither R. tritici nor inorganic nitrogen fertilizers and instead were poured with the non-nitrogenous fertilizer described above. The plants treated with R. tritici developed within 8 to 10 weeks • nodules. The plants in each container were singulated on 3 plants and 10 containers were used in each group for the analysis of dry matter and nitrogen content.
7.2.2. Feldversuch7.2.2. field test
Für den Feldversuch wurden die überzogenen Weizensamen, wie in Abschnitt 6.3.2. beschrieben, gesät. Die Samen von Posten a) +R-N1 wurden, wie beschrieben, mit einer Suspension von R. tritici behandelt und mit nichtstickstoffhaltigem Düngemittel gegossen; die von Posten b) -R+N, wurden nicht'mit R. tritici behandelt, aber mit dem anorganischen Stickstoffdünger gegossen, und die von Posten c) -R-N, wurden weder mit R. tritici, noch mit anorganischem Stickstoffdünger behandelt, sondern wurden einfach mit dem nichtstickstoffhaltigen Dünger gegossen.For the field trial, the coated wheat seeds were grown as described in Section 6.3.2. described, sown. The seeds of item a) + RN 1 were treated as described with a suspension of R. tritici and poured with non-nitrogenous fertilizer; those from item b) -R + N, were not treated with R. tritici but were cast with the inorganic nitrogen fertilizer, and those from item c) -RN, were treated with neither R. tritici nor with inorganic nitrogen fertilizer, but were simply poured with the non-nitrogenous fertilizer.
7.3. Analyse von Trockenmasse, Stickstoffgehalt" und Proteingehalt von noduliertem Weizen 7.3. Analysis of dry matter, nitrogen content and protein content of nodulated wheat
Zur Charakterisierung der nodulierten Weizenpflanzen wurden die in Abschnitt 6.4. beschriebenen Analysenraethoden angewendet.For the characterization of the nodulated wheat plants, the methods described in Section 6.4. applied analysis methods.
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7.3.1. Ergebnisse des Laborversuchs7.3.1. Results of the laboratory experiment
Die Weizenpflanzen wurden 56, 70, 87, 100 und 118 Tage nach dem Säen von den Behältern geerntet. Die Trockenmasse pro Pflanze und der Stickstoffgehalt pro Pflanze (Kjeldahl-Analyse) wurden, wie oben beschrieben, analysiert.The wheat plants were harvested from the containers 56, 70, 87, 100 and 118 days after sowing. Dry matter per plant and nitrogen content per plant (Kjeldahl analysis) were analyzed as described above.
Die Ergebnisse sind in Fig. 1 dargestellt, wo die Trockenmasse pro Pflanze (A) und der Stickstoffgehalt pro Pflanze (B) über der Anzahl Tage nach der Aussaat aufgetragen wurden.The results are shown in Figure 1 where the dry weight per plant (A) and the nitrogen content per plant (B) were plotted over the number of days after sowing.
Zur Erleichterung des Verständnisses der Figur sind die folgenden Angaben über die durchschnittliche Trockensubstanzmasse und den durchschnittlichen Stickstoffgehalt für die drei Weizensorten von Nutzen;For ease of understanding of the figure, the following data on the average dry matter mass and the average nitrogen content are useful for the three wheat varieties;
Die in Fig. 1 dargestellten Ergebnisse zeigen, daß die mit Rhizobium behandelten IVeizenpflanzen während der Wachstums-The results shown in FIG. 1 show that the rhizobium-treated IV wheat plants grow during the growth period.
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periode einen höheren Gehalt an Stickstoff und Trockensubstanz aufwiesen als die mit Stickstoff gedüngten Pflanzen; am Ende des Experiments lag der Trockensubstanzgehalt der +R-N-Pflanzen fast 40 % höher als der der -R+N-Pflanzen, und diese beiden Kategorien besaßen eine höhere Masse als die unbehandelten -R-N-Weizenpflanzen.have a higher content of nitrogen and dry matter than those fertilized with nitrogen; At the end of the experiment, the dry matter content of the + RN plants was nearly 40 % higher than that of the -R + N plants, and these two categories had a higher mass than the untreated RN wheat plants.
7.3.2. Ergebnisse des Feldversuchs7.3.2. Results of the field trial
Die Weizenpflanzen wurden bei dem Feldversuch nach einer Wachstumsperiode geerntet, und der Proteingehalt pro Pflanze wurde, wie oben beschrieben, analysiert. Die in Tabelle II dargestellten Ergebnisse zeigen eindeutig, daß die mit R^The wheat plants were harvested in the field trial after one growing period, and the protein content per plant was analyzed as described above. The results presented in Table II clearly show that those with R ^
tritici (+R-N) behandelten Pflanzen einen höheren Proteingehalt hatten sowohl als die mit anorganischem Stickstoffdungemittel behandelte Gruppe (-R+N) als auch die mit nichtstickstoffhaltigem Dünger behandelte Gruppe (-R-N), tritici (+ RN) treated plants had higher protein content than both the inorganic nitrogen-dentin treated group (-R + N) and the non-nitrogenous fertilizer treated group (-RN),
ND = Keine Angaben (No data): diese unbehandelten Pflanzen starben nach 8 Wochen ab.ND = No data (No data): these untreated plants died after 8 weeks.
8. Beispiel: Rhizobium hordei, das Wurzelknöllchenbildunq bei Gerste auslöst 8. Example: Rhizobium hordei, which causes root nodules in barley
Rhizobium hordei, das Wurzelknöllchenbildung bei Gerste auslöst, wurde nach der in Abschnitt 6 beschriebenen Methode erzeugt, indem zuerst R. phaseoli mit R. lequminosarum gekreuzt wurde, um den F -Transkonjuganten zu gewinnen, der dann mit R. cowpea leucaena gekreuzt wurde. Das auf diese V/eise gewon- Rhizobium hordei, which causes root nodule formation in barley, was produced by the method described in Section 6, by first crossing R. phaseoli with R. lequminosarum to recover the F transconjugant, which was then crossed with R. cowpea leucaena . The result of this
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nene R. hordei wurde benutzt, um bei vier Gerstesorten: Hasso, Cerise, Harry und Igri, Wurzelknöllchenbildung auszulösen.nene R. hordei was used to induce root nodule formation in four barley varieties: Hasso, Cerise, Harry and Igri.
8.1. Gewinnung von Rhizobium hordei8.1. Extraction of Rhizobium hordei
Für die Erzeugung von R. hordei wurden die folgenden Eltern-Rhizobia verwendet, um die milchig-weißen F -Transkonjugant- Kolonien zu gewinnen: a) R. phaseoli, das von der französischen Bohnenkulturvarietät. Prospector isoliert wurde, die in einer in der Nähe von Aarhus entnommenen Erdprobe gezogen worden war, und b) R. lequminosarum, das von der Gartenerbse isoliert worden war.For the production of R. hordei , the following parent rhizobia were used to recover the milky white F transconjugant colonies: a) R. phaseoli, that of the French bean cultivar. Prospector , which had been grown in a soil sample taken near Aarhus, and b) R. lequminosarum, which had been isolated from the garden pea.
Die Eltern-Rhizobia wurden in abwechselnden Linien auf dem vorstehend beschriebenen Agarmedium gezüchtet j die in dem Medium verwendeten Leguminosenextrakte stammten von den oberirdischen Teilen der französischen Bohne bzw. der Gartenerbse. Die durch R. phaseoli gebildeten Kolonien hatten eine charakteristische dunkelbraune Farbe, während die durch R. lequminosarum gebildeten Kolonien ein charakteristisches Goldgelb aufwiesen.The parental rhizobia were grown in alternate lines on the agar medium described above. The legume extracts used in the medium were from the overground parts of the French bean or the garden pea. The colonies formed by R. phaseoli had a characteristic dark brown color, while the colonies formed by R. lequminosarum had a characteristic golden yellow.
Der von den milchig-weißen Kolonien abgeleitete Rhizobium-* F -Transkonjugant wurde gereinigt und gemäß der Beschreibung in abwechselnden Linien mit einem Stamm von R. cowpea leucaena gezüchtet, der von dem tropischen Baum Leucaena leucocephala isoliert worden war. Die in dem Medium verwendeten Leguminosenextrakte wurden von den oberirdischen Teilen der französischen Bohne, der Gartenerbse und den Blättern von Leucaena leucocephala gewonnen. Die von dem F -Transkonjuganten gebildeten Kolonien waren milchig-weiß, während die durch R. cowpea leucaena gebildeten Kolonien eine charakteristische gräulichbraune Farbe aufwiesen.The rhizobium * F transconjugant derived from the milky white colonies was purified and grown as described in alternate lines with a strain of R. cowpea leucaena that had been isolated from the tropical tree Leucaena leucocephala . The legume extracts used in the medium were obtained from the aerial parts of the French bean, the garden pea and the leaves of Leucaena leucocephala . The colonies formed by the F transconjugant were milky white, while the colonies formed by R. cowpea leucaena had a characteristic grayish brown color.
Der von den schneeweißen, zwischen den Strichen gewonnenen Kolonien stammende Rhizobium-F -Transkonjugant, hier Rhizol: um hordei genannt, wurde gereinigt und isoliert,wie es be-The rhizobium-F transconjugant originating from the snow-white colonies obtained between the strokes, here rhizol: called hordei , was purified and isolated as described.
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schrieben worden ist. Der F -Transkonjugant wurde verwendet, um Wurzelknöllchenbildung bei Gerste auszulösen.has been written. The F -transconjugant was used to induce root nodule formation in barley.
8.1.1. Charakterisierung von Rhizobiuro hordei8.1.1. Characterization of Rhizobiuro hordei
Plasmid-DNS der drei Eltern-Stämme,des F^Transkonjuganten und des F -Transkonjuganten (R. hordei) wurden unter Anwendung einer Modifikation der Methode von Hirsch et al« (1980, 0. Gen. Microbiol. 120: 403-412) isoliert, das Lysieren der Rhizobia durch eine Inkubation über Nacht bei 4 C in 40%igem SDS (Natriumdodecylsulfat) und Isolieren der Plasmid-DNS, die durch Elektrophorese in 0,7%igen Agarosegelen separiert wurde, einschloß. Die Ergebnisse einer solchen Analyse zeigten, daß das R. hordei zusätzliche Plasmide mit niedrigem Molekulargewicht aufwies, die weder bei den drei Eltern-Rhizobia noch bei dem F -Transkonjuganten gefunden wurden.Plasmid DNA from the three parental strains, the F ^ transconjugant and the F transconjugant ( R. hordei ) were prepared using a modification of the method of Hirsch et al. (1980, 0 Gen. Microbiol. 120: 403-412). isolated, lysing the Rhizobia by incubation overnight at 4 C in 40% SDS (sodium dodecyl sulfate) and isolating the plasmid DNA separated by electrophoresis in 0.7% agarose gels. The results of such analysis indicated that the R. hordei had additional low molecular weight plasmids found in neither the three parent rhizobia nor the F transconjugant.
8.2. Wurzelknöllchenbildung bei Gerste mit Hilfe von Rhizpbium hordei 8.2. Root nodule formation in barley with the help of Rhizpbium hordei
Das Rhizobium hordei wurde verwendet, um Wurzelknollchenbildung bei vier Gerstensorten hervorzurufen; nämlich bei Hasso, Cerice, Igri und Harry. Die Gerstensamen wurden behandelt, indem sie dreimal in die vorstehend beschriebene wäßrige Lösung getaucht wurden, die 3 % Calciumsulfat und bis zu etwa 10 % Leguminosenextrakte enthielt, die verwendet wurden, um R. hordei zu erzeugen; d. h. die zum Oberziehen der Samen verwendeten Leguminosenextrakte wurden von den oberirdischen Teilen der französischen Bohne, der Gartenerbse und den Blättern von Leucaena leucocephala gewonnen. Nach jeder Immersion wurden die Samen luftgetrocknet und, wie nachstehend beschrieben, gesät. Rhizobium hordei was used to induce root nodule formation in four varieties of barley; namely Hasso, Cerice, Igri and Harry. The barley seeds were treated by dipping them three times in the above-described aqueous solution containing 3 % calcium sulfate and up to about 10 % legume extracts used to produce R. hordei ; ie the leguminous extracts used to cover the seeds were obtained from the aerial parts of the French bean, the garden pea and the leaves of Leucaena leucocephala . After each immersion, the seeds were air-dried and seeded as described below.
8.2.1. Laborversuch8.2.1. laboratory test
Der vorstehend beschriebene Versuchsablauf wurde für jede verwendete Gerstenart ausgeführt; d. h., 4 bis 5 überzogene Samen wurden pro l-Liter-3ehälter, der mit "Fibo"-Klinkermaterial gefüllt war, ausgesät und keimen gelassen. Oede Gerstenart wurde in die folgenden drei Gruppen eingeteilt: a) +R-N,-The experimental procedure described above was carried out for each type of barley used; d. That is, 4 to 5 coated seeds were seeded and germinated per 1 liter container filled with "Fibo" clinker material. Each barley species was divided into the following three groups: a) + R-N, -
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deren Sämlinge mit einer 50-ml-Suspension von R, hordei, die gemäß vorstehender Beschreibung hergestellt worden war, gegossen wurden, woran sich wöchentliches Gießen mit dem nichtstickstoffhaltigen Düngemittel anschloß; b) -R+N, deren Sämlinge kein R. hordei erhielten, aber mit dem anorganischen Stickstof fdungemittel gegossen wurden, und c) -R-N1 deren Sämlinge weder R. hordei noch das anorganische Stickstoffdüngemittel erhielten, statt dessen aber mit dem nichtstickstoffhaltigen Düngemittel gegossen wurden. Die mit R. hordei behandelten Pflanzen entwickelten innerhalb von 8 bis 10 Wochen V/urzelknöllchen. Die in jedem Behälter befindlichen Pflanzen wurden auf je drei Pflanzen vereinzelt, und zehn Behälter wurden von jeder Gruppe für die Analyse von Trockenmasse und Stickstoffgehalt verwendet.their seedlings were poured with a 50 ml suspension of R, hordei, prepared as described above, followed by weekly pouring with the non-nitrogenous fertilizer; b) -R + N, whose seedlings did not receive R. hordei , but were cast with the inorganic nitrogen fertilizer, and c) -RN 1 whose seedlings received neither R. hordei nor the inorganic nitrogenous fertilizer, but instead were cast with the non-nitrogenous fertilizer were. The R. hordei treated plants developed root nodules within 8 to 10 weeks. The plants in each container were singulated on three plants each and ten containers were used by each group for the analysis of dry matter and nitrogen content.
8.3. Analyse von Trockenmasse, Stickstoffgehalt und Proteinqehalt von nodulierter Gerste 8.3. Analysis of dry matter, nitrogen content and protein content of nodulated barley
Die in Abschnitt 6.4. beschriebenen Analysenmethoden wurden angewendet, um die nodulierten Gerstenpflanzen zu charakterisieren.The in section 6.4. The analytical methods described were used to characterize the nodulated barley plants.
8.3.1. Ergebnisse des Laborversuchs8.3.1. Results of the laboratory experiment
Die Pflanzen aus den Behältern wurden 59, 71, 85, 108 und 128 Tage nach dem Säen geerntet. Die Trockenmasse pro Pflanze und der Stickstoffgehalt pro Pflanze (Kjeldahl-Analyse) wurden, wie vorstehend beschrieben, analysiert.The plants from the containers were harvested 59, 71, 85, 108 and 128 days after sowing. Dry matter per plant and nitrogen content per plant (Kjeldahl analysis) were analyzed as described above.
Die Ergebnisse werden in Fig. 2 dargestellt, in der die Trockenmasse pro Pflanze (A) und der Stickstoffgehalt pro Pflanze (B) über der Anzahl Tage nach der Aussaat aufgetragen sind.The results are shown in Fig. 2, in which the dry weight per plant (A) and the nitrogen content per plant (B) are plotted over the number of days after sowing.
Zur Erleichterung des Verständnisses der Figur sind die folgenden Angaben über die durchschnittliche Trockensubstgnzmasse und den durchschnittlichen Stickstoffgehalt jeder Gerstensorte nützlich:To facilitate understanding of the figure, the following information about the average dry weight and the average nitrogen content of each barley variety are useful:
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Gerstebarley
Hasso Cerise igpi Ha r ryHasso Cerise igpi Ha ry
Die Anzahl der geernteten Pflanzen zu den verschiedenen Zeitpunkten betrug:The number of harvested plants at different times was:
Anzahl geernteter PflanzenNumber of harvested plants
Die in Fig. 2 aufgeführten Ergebnisse zeigen, daß die mit Rhizobium behandelten Pflanzen während der Wachstumsperiode einen höheren Gehalt an Stickstoff und Trockensubstanz hatten als die mit Stickstoff gedüngten Pflanzen. Am Ende des Experiments war der Trockensubstanzgehalt der +R-N-Pflanzen fast 18 bis 22 % höher als der der -R+N-Pflanzen, und beide Kategorien hatten eine höhere Masse als die -R-N-Gerstenpflanzen, die mit nichtstickstoffhaltigam Dünger behandelt worden waren.The results shown in Figure 2 show that the Rhizobium-treated plants had a higher nitrogen and dry matter content during the growing period than the nitrogen fertilized plants. At the end of the experiment, the dry matter content of the + RN plants was almost 18 to 22 % higher than that of the -R + N plants, and both categories had a higher mass than the -RN barley plants treated with non-nitrogen containing fertilizer.
15 8.4. N-Anreicherunq in nodulierter Gerste 15 8.4. N enrichment in nodulated barley
Eine Gerstenpflanze wurde in Anwesenheit von atmosphärischemA barley plant was in the presence of atmospheric
N inkubiert, wonach Teile der Pflanze auf N-Gehalt als Hinweis auf Stickstoffbindung analysiert wurden. Genauer gesagt, wurde eine Gerstenpflanze (Alter 95 Tage) mit kleinen mirzelknöllchen in eine Kammer gelegt, 'so daß die Wurzeln inN, after which parts of the plant were analyzed for N content as an indication of nitrogen binding. More specifically, a barley plant (age 95 days) with small microtubers was placed in a chamber, so that the roots in
Anwesenheit von atmosphärischemPresence of atmospheric
- 47 15- 47 15
23 Tage lang inkubiertIncubated for 23 days
wurden. Die Atmosphäre in der Wurzelkammer enthielt 80 % N 15 were. The atmosphere in the root chamber contained 80% N 15
(wobei(in which
1515
Nach der InkubationsAfter the incubation
N 12,85 At% war) und 20 % O2 zeit wurden die Proben auf N-Gehalt analysiert, und der Gesamtstickstoffgehalt der Pflanze wurde mit der Kjeldahl-Methode bestimmt. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle ΙΪΙ aufgeführt.N was 12.85 at%) and 20 % O 2 time, the samples were analyzed for N content and the total nitrogen content of the plant was determined by the Kjeldahl method. The results are listed in Table ΙΪΙ below.
Wurzeln TriebeRoots shoots
N-Gehalt von Teilen nodulierter Gerstenpflanzen Plant N content of parts of nodulated barley
Anzahl der ^cNumber of ^ c
Probenrehearse
At%At%
4 34 3
0,450 + 0,011 0,392 + 0,0030.450 + 0.011 0.392 + 0.003
κ 15κ 15
Der N-Gehalt in atmosphärischer Luft beträgt etwaThe N content in atmospheric air is about
0,370 At%.0.370 at%.
Die Angaben in Tabelle III demonstrieren, daß sowohl die Wurzeln als auch die Triebe der nodulierten Gerstenpflanzen be-The data in Table III demonstrate that both the roots and the shoots of the nodulated barley plants
1515
deutend mehr N enthalten als die Atmosphäre. Diese Ergebnisse zeigen, daß Stickstoffbindung in der nodulierten Gerstenpflanze stattfand.containing more N than the atmosphere. These results show that nitrogen binding took place in the nodulated barley plant.
8.5. Morphologie der Wurzelknöllchen bei Gerste8.5. Morphology of root nodules in barley
Elektronenmikroskopie wurde an einigen der großen Wurzelknöllchen vorgenommen. Das schloß die Untersuchung ultradünner Schnitte, die mit Uranylacatat und Bleicitrat gefärbtElectron microscopy was performed on some of the large root nodules. This concluded the investigation of ultrathin sections that stained with uranylacatate and lead citrate
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worden waren, ein. Die Zellenanordnung der Gerstenwurzelknöllchen war die gleiche wie die von Newcomb (1976, Can. 3. 3ot. 54: 2163-2186) für Erbsenwurzelknöllchen angegebene; d. h. die Gefäßbündel wurden in der peripheren Cortex gefunden, während der mittlere Teil der Knöllchen von mit Bakteroiden angefüllten Pflanzenzellen eingenommen wurde.had been one. The cell arrangement of the barley root nodules was the same as that reported by Newcomb (1976, Can., 3: 54: 2163-2186) for pea root nodules; d. H. the vascular bundles were found in the peripheral cortex, while the middle part of the nodules was taken by bacteroid-filled plant cells.
Unter Einschluß von Lichtmikroskopie und Elektronenmikroskopie (sowohl mit Abtastung als auch Durchstrahlung) erfolgte eine weitere Untersuchung der Oberfläche von kleinen Gerstenwurzelknöllchen und der Oberfläche und von Schnitten großer Gerstenwurzelknöllchen. Die festgestellte Morphologie wurde mit der von Erbse, Weißklee und Sojabohne verglichen. Kleine Wurzelknöllchen an den Gerstenpflanzen waren nach einer Wachstumszeit von etwa 50 Tagen sichtbar und bildeten sich an ungefähr 75 % der Pflanzen (die Beobachtung wurde auch bei Weizenpflanzen gemacht). Große Wurzelknöllchen wurden nach etwa 89 bis 110 Wachstumstagen festgestellt. Die großen Wurzelknöllchen traten bei Gerste selten, aber unverkennbar auf. Sie wiesen etwa 2 bis 4 mm Länge und 1 bis 2 ram Durchmesser auf und erschienen an der Hauptwurzel an einer etwa 2 bis 6 cm unterhalb der Position des alten Samens befindlichen Stelle. Elf von dreizehn großen Knöllchen, die^zerschnitten worden waren, wiesen innen eine rotbraune Farbe auf, d. h. die gleiche Färbung wie Leghämoglobin in Leguminosenwurzelknöllchen mit einem Alter von etwa 20 bis 35 Tagen. Von den übrigen beiden großen zerteilten Knöllchen war eines weiß und sah wie ein junges unreifes Leguminosenknöllchen aus und das andere war grün, genau wie ein altwerdendes Leguminosenknöllchen. Die Infektion erfolgt bei Gerste möglicherweise in zwei Stufen: in der Anfangsstufe dringt R. hordei in die Wurzel ein, ruft aber keine Reaktion in Form von Knöllchenbildung hervor; in der nächsten Stufe beginnt die Bildung der Wurzelknöllchen nach einer Verzögerungsperiode .Including light microscopy and electron microscopy (both scanned and exposed), further examination of the surface of small barley root nodules and the surface and sections of large barley root nodules was made. The observed morphology was compared with that of pea, white clover and soybean. Small root nodules on the barley plants were visible after a growth time of about 50 days and formed on about 75 % of the plants (the observation was also made on wheat plants). Large root nodules were found after about 89 to 110 days of growth. The large Wurzelknöllchen occurred rarely, but unmistakably on barley. They were about 2 to 4 mm in length and 1 to 2 ram in diameter and appeared on the main root at a location about 2 to 6 cm below the position of the old seed. Eleven of thirteen large nodules cut had a reddish brown color on the inside, ie the same color as leghemoglobin in leguminous root nodules of about 20 to 35 days of age. One of the remaining two large tubers was white and looked like a young unripe leguminous nodule, and the other was green, just like an old-fashioned leguminous nodule. In the case of barley, the infection may occur in two stages: in the initial stage, R. hordei penetrates the root, but does not cause any reaction in the form of nodule formation; in the next stage, the formation of root nodules begins after a delay period.
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3.6. Antibiotikaresistenz von reisolierten Gerstenbakteroiden3.6. Antibiotic resistance of reisolated barley bacteria
Von den großen Gerstenwurzelknöllchen wurden Bakterien reisoliert und auf Antibiotikaresistenz getestet. Die reisolierten Bakterien waren resistent gegenüber Spectinomycindihydrochlorid bei einer Konzentration von bis zu 400 ug/ml. Der ursprunglich zum Infizieren der Gerstenpflanzen verwendete R. hordei-F -Transkon.juqant (d. h., der Impfstoff) weist die gleiche Resistenz auf. Sowohl der Impfstoff als auch das reisolierte Material bildeten bei Züchtung auf gewöhnlichem Hefe-Mannitol-Agar weiße undurchsichtige Kolonien. Ein Elternteil des R. hordei-F -Transkon.-juganten ist auch resistent gegenüber Spectinomycindihydrochlorid bei der gleichen Konzentration. Dieses Elternteil ist der R. lequminosarum-Stamm MAl, der hellgelbe undurchsichtige Kolonien bildet, wenn er auf gewöhnlichem Hefe-Mannitol-Agar gezüchtet wird. Das Spectinomycinresistenzgen ist nicht auf dem Sym-Plasmid vorhanden, der R. hordei-F -Transkonjugant ist also wahrscheinlich ein Hybrid, der ein nichtsymbiotdsches Plasmid oder das Hauptchromosom des Eltern-R. leguminosarum MAl enthält. Das schließt jedoch nicht die Möglichkeit aus, daß der R. hordei-F -Transkonjugant auch das Sym-Plasmid von Mal beherbergt.Bacteria were reisolated from the large barley root nodules and tested for antibiotic resistance. The reisolated bacteria were resistant to spectinomycin dihydrochloride at a concentration of up to 400 μg / ml. The R. hordei -F -Transkon.juqant (ie, the vaccine) originally used to infect the barley plants has the same resistance. Both the vaccine and the reisolated material formed white opaque colonies when grown on common yeast mannitol agar. A parent of the R. hordei -F transconjugant is also resistant to spectinomycin dihydrochloride at the same concentration. This parent is the R. lequminosarum strain MAI, which forms bright yellow opaque colonies when grown on ordinary yeast mannitol agar. The spectinomycin resistance gene is not present on the Sym plasmid, so the R. hordei F transconjugant is likely to be a hybrid containing a non-symbiotic plasmid or the major chromosome of the parent R. leguminosarum MA. However, this does not exclude the possibility that the R. hordei F transconjugant also harbors the Sym plasmid of Mal.
9. Beispiel: Rhizobium sorghi, das Wurzelknöllchenbildung bei Sorghum auslöst Example 9: Rhizobium sorghi, which causes root nodules in sorghum
Rhizobium sorghi, das Wurzelknöllchenbildung bei Sorghum auslöst, wurde nach der in Abschnitt 6 beschriebenen Methode erzeugt, indem zuerst R. lupini mit R. cowpea leucaena gekreuzt wurde, um den F -Transkonjuganten zu erzeugen, der dann mit R. meliloti gekreuzt wurde. Das auf diese Weise erzeugte R. sorghi wurde eingesetzt, um bei drei Sorghumsorten, nämlich Safra, Dabar und Feterita, Wurzelknöllchenbildung auszulösen. Rhizobium sorghi, which induces root nodule formation in sorghum, was produced by the method described in Section 6, by first crossing R. lupini with R. cowpea leucaena to produce the F transconjugant, which was then crossed with R. meliloti . The R. sorghi produced in this way was used to induce root nodule formation in three sorghum varieties, namely Safra, Dabar and Feterita.
9.1. Gewinnung von Rhizobium sorghi9.1. Extraction of Rhizobium sorghi
Für die Gewinnung von R. sorghi wurden die folgenden Eltern-Rhizobia verwendet, um die milchig-weißen F -Transkonjugant-For the production of R. sorghi , the following parent rhizobia were used to obtain the milky white F transconjugant
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Kolonien zu erzeugen: a) R. lupini, das von in Mitteljütland gefundener Lupine isoliert wurde, und b) R. cowpea leucaena, das von dem tropischen Saum Leucaena leucocephala (zur Fami-lie Fabaceae gehörig) aus Papua Neuguinea isoliert wurde.Colonies to be produced: a) R. lupini isolated from lupine found in central Jutland, and b) R. cowpea leucaena isolated from Papua New Guinea by the tropical border Leucaena leucocephala (belonging to the family Fabaceae).
Die Eltern-Rhizobia wurden in abwechselnden Linien auf dem vorher beschriebenen Agarmedium kultiviert; die in dem Medium verwendeten Leguminosenextrakts wurden von Lupine bzw. von den Blättern von Leucaena leucocephala gewonnen. Die von R. lupini gebildeten Kolonien hatten eine charakteristische hellgelbe Farbe, während die von R. cowpea leucaena gebildeten Kolonien eine charakteristische gräulichbraune Farbe aufwiesen.The parental rhizobia were cultured in alternate lines on the previously described agar medium; the legume extract used in the medium was obtained from lupine and from the leaves of Leucaena leucocephala, respectively. The colonies formed by R. lupini had a characteristic pale yellow color, while the colonies formed by R. cowpea leucaena had a characteristic greyish-brown color.
Der von den milchig-weißen Kolonien stammende Rhizobium-F Transkonjugant wurde gereinigt und, wie beschrieben, in abwechselnden Linien mit einem R. meliloti-Stamm gezüchtet, der von in Stahr gefundener Luzerne isoliert wurde. Die in dem Medium verwendeten Leguminosenextrakte wurden von der Lupine, den Blättern von Leucaena leucocephala und der Luzerne gewonnen. Die von dem F -Transkonjuganten gebildeten Kolonien waren milchig-weiß, während die von R. meliloti gebildeten Kolonien eine gelblichbraune Farbe aufwiesen.The Rhizobium F transconjugant derived from the milky white colonies was purified and grown as described in alternating lines with a R. meliloti strain isolated from alfalfa found in Stahr. The legume extracts used in the medium were obtained from the lupine, the leaves of Leucaena leucocephala and the alfalfa. The colonies formed by the F -transconjugant were milky-white, while the colonies formed by R. meliloti had a yellowish brown color.
Der von den schneeweißen Kolonien, die zwischen'den Strichen gewonnen wurden, abgeleitete Rhizobium-F -Transkonjugant, hier Rhizobium sorqhi genannt, wurde gereinigt und isoliert, wie es beschrieben worden ist. Der F -Transkonjugant wurde verwendet, um bei Sorghum Wurzelknöllchenbildung auszulösen.The Rhizobium F transconjugant, here called Rhizobium sorqhi , derived from the snow white colonies harvested between the strokes, was purified and isolated as described. The F transconjugant was used to induce root nodule formation in sorghum.
9.2. Wurzelknöllchenbildung bei Sorghum mit Hilfe von Rhizobium sorqhi 9.2. Root nodule formation in sorghum with the help of Rhizobium sorqhi
Das Rhizobium sorqhi wurde verwendet, um bei drei Sorghumsorten, nämlich Safra, Dabar und Feterita, Wurzelknöllchenbildung hervorzurufen. Die Sorghumsamen wurden behandelt, indem sie dreimal in die vorstehend beschriebene wäßrige Lösung getaucht wurden, die 3 % Calciumsulfat und bis zu 10 % Rhizobium sorqhi was used to induce root nodule formation in three sorghum varieties, namely safra, dabar and feterita. The sorghum seeds were treated by dipping them three times in the above-described aqueous solution containing 3 % calcium sulfate and up to 10 %.
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Leguminosenextrakte enthielt, die zur Erzeugung von R. sorghi verwendet wurden; d. h. die zum Oberziehen der Samen verwendeten Leguminosenextrakte wurden von der Lupine, den Blättern von Leucaena leucocephala und von der Luzerne gewonnen. Nach jeder Immersion wurden die Samen luftgetrocknet und gemäß nachstehender Beschreibung gesät.Contained leguminous extracts used to produce R. sorghi ; ie the leguminous extracts used to cover the seeds were obtained from the lupine, the leaves of Leucaena leucocephala and from the alfalfa. After each immersion, the seeds were air-dried and sown as described below.
9;2.1. Laborversuch9; 2.1. laboratory test
Der vorstehend beschriebene Versuchsablauf wurde für die Sorghumsorten Safra, Dabar und Feterita ausgeführt, d. h. 4 bis 5 überzogene Samen wurden in mit "Fibo"-Klinkermaterial gefüllte l-Liter-3ehälter gesät und keimen gelassen. CJede Sorghumsorte wurde in die drei folgenden Gruppen eingeteilt: a) +R-N, deren Sämlinge mit einer 50-ml-Suspension von, wie oben beschrieben, hergestellten R. sorghi gegossen wurden, woran sich wöchentliches Gießen mit dem nichtstickstoffhaltigen Düngemittel anschloß; b) -R+N, deren Sämlinge kein R. sorghi erhielten, aber mit dem anorganischen Stickstof fdüngemittel gegossen wurden; und c) -R-N, deren Sämlinge weder R. sorghi noch den anorganischen Stickstoffdünger erhielten, sondern statt dessen mit dem nichtstickstoffhaltigen Düngemittel gegossen wurden. Die mit R. sorghi behandelten Pflanzen entwickelten innerhalb von IO Wochen Wurzelknöllchen. Die Pflanzen in jedem Behälter wurden auf drei Pflanzen vereinzelt, und 10 Behälter wurden in jeder Gruppe für die Analyse herangezogen.The experimental procedure described above was carried out for the sorghum varieties Safra, Dabar and Feterita, ie 4-5 coated seeds were seeded and germinated in 1-liter containers filled with "Fibo" -linker material. Each sorghum variety was divided into the following three groups: a) + RN, the seedlings of which were poured with a 50 ml suspension of R. sorghi prepared as described above, followed by weekly pouring with the non-nitrogenous fertilizer; b) -R + N whose seedlings did not receive R. sorghi but were cast with the inorganic nitrogen fertilizer; and c) RN, whose seedlings received neither R. sorghi nor the inorganic nitrogen fertilizer, but instead were poured with the non-nitrogenous fertilizer. The plants treated with R. sorghi developed root nodules within 10 weeks. The plants in each container were singulated on three plants and 10 containers were used in each group for analysis.
9.2.2. Feldversuch9.2.2. field test
Für den Feldversuch wurden die überzogenen Sorghumsamen (Sorte Feterita), wie in Abschnitt 6.3.2. beschrieben, gesät. Die Samen von Posten a) +R-N wurden gemäß Beschreibung mit einer Suspension von R. sorghi behandelt und mit nichtstickstoffhaltigem Dünger gegossen; die Samen von Posten b) -R+N wurden nicht mit R. sorghi behandelt, aber mit dem anorganischen Stickstoffdünger gegossen; und die Samen von Posten ό) -R-N wurden weder mit R. sorqhi, noch mit anorganischem Stickstoffdünger behandelt, sondern einfach mit demFor the field trial, the coated sorghum seeds (Feterita variety) were grown as described in Section 6.3.2. described, sown. The seeds of item a) + RN were treated as described with a suspension of R. sorghi and poured with non-nitrogenous fertilizer; the seeds of items b) -R + N were not treated with R. sorghi but were poured with the inorganic nitrogen fertilizer; and the seeds of item ό) -RN were treated neither with R. sorqhi nor with inorganic nitrogen fertilizer, but simply with the
- 52 nichtstickstoffhaltigen Dünger gegossen.- poured 52 non-nitrogen fertilizer.
9.3. Analyse von Trockenmasse, Stickstoffgehalt und Proteinqehalt von noduliertem Sorghum 9.3. Analysis of dry matter, nitrogen content and protein content of nodular sorghum
Zur Charakterisierung der nodulierten Sorghumpflanzen wurden die in Abschnitt 6.4 beschriebenen Analysemethoden angewendet.The analysis methods described in Section 6.4 were used to characterize the nodulated sorghum plants.
9.3.1. Ergebnisse des Laborversuchs9.3.1. Results of the laboratory experiment
Die Pflanzen wurden 76 bis 152 Tage nach der Saat geerntet. Die Trockenmasse pro Pflanze und der Stickstoffgehalt pro Pflanze (Kjeldahl-Analyse) wurden gemäß vorstehender Beschreibung analysiert.The plants were harvested 76 to 152 days after sowing. Dry matter per plant and nitrogen content per plant (Kjeldahl analysis) were analyzed as described above.
Die folgenden Angaben über die durchschnittliche Trockensubstanzmasse und den durchschnittlichen Stickstoffgehalt sind von Nutzen:The following data on the average dry matter mass and the average nitrogen content are useful:
Sorghumsorghum
Saf ra Dabar FeteritaSafar Dabar Feterita
Die Anzahl geernteter Pflanzen zu den verschiedenen Zeitpunkten betrug:The number of harvested plants at the different times was:
Gesamtzahl der 76 bis 152 Tage nach Pflanzengruppe der Saat geernteten Pflanzen Total number of plants harvested 76 to 152 days after plant group of the seed
+R-N 121+ R-N 121
-R+N 62-R + N 62
-R-N 70-R-N 70
9.3.2. Ergebnisse des Feldversuchs9.3.2. Results of the field trial
Bei dem Feldversuch wurden die Sorghumpflanzen nach einer Wachstumsperiode geerntet, und der Proteingehalt pro Pflanze sowie die Aminosäurezusammensetzung wurden, wie vorstehendIn the field trial, the sorghum plants were harvested after one growing period, and the protein content per plant and the amino acid composition became as above
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beschrieben, analysiert. Die in Tabelle IV aufgeführten Ergebnisse zeigen deutlich, daß die mit R, sorqhi behandelten Pflanzen (+R-N) einen höheren Proteingehalt hatten als die mit Stickstoffdünger behandelte Gruppe (-R+N) oder die unbehandelte Gruppe (-R-N).described, analyzed. The results listed in Table IV clearly show that the plants treated with R, sorqhi (+ RN) had a higher protein content than the group treated with nitrogen fertilizer (-R + N) or the untreated group (-RN).
Die Analyse der Aminosäurezusammensetzung zeigte, daß die relative Aminosäurezusammensetzung der mit Rhizobium behandelten Pflanzen etwa die gleiche ist wie die der mit Stickstoff gedüngten Pflanzen; allerdings scheinen bei den mit Rhizobium behandelten Pflanzen Tryptophan und Leucin erhöht zu sein.Analysis of the amino acid composition showed that the relative amino acid composition of the rhizobium-treated plants is about the same as that of the nitrogen-fertilized plants; however, tryptophan and leucine appear to be elevated in Rhizobium-treated plants.
* Da die Pflanzen der -R-N-Gruppe nach 14 Tagen eingingen, konnte kein Samen gewonnen werden. Der Stickstoff- und Proteingehalt der Pflanzen wurde, wie beschrieben, bestimmt.· * Since the plants of the -RN group were received after 14 days, no seed could be obtained. The nitrogen and protein content of the plants was determined as described.
10. Beispiel: Rhizobium oryzae, das Wurzelknöllchenbildunq bei Reis auslöst 10. Example: Rhizobium oryzae, which causes root nodule formation in rice
Rhizobium oryzae, das Wurzelknöllchenbxldung bei Reis auslöst, wurde nach der in Abschnitt 6 beschriebenen Methode erzeugt, indem zuerst R. meliloti mit R. cowpea leucaena gekreuzt wurde, um den F -Transkonjuganten zu gewinnen, der dann mit R. trifoli gekreuzt wurde. Das auf diese Weise erzeugte R. oryzae wurde eingesetzt, um Wurzelknöllchenbxldung bei Reis auszulösen. Rhizobium oryzae, which induces root nodule growth in rice, was produced by the method described in Section 6, by first crossing R. meliloti with R. cowpea leucaena to recover the F transconjugant, which was then crossed with R. trifoli . The R. oryzae thus produced was used to induce Wurzelknöllchenbxldung in rice.
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10.1. Gewinnung von Rhizobium oryzae10.1. Extraction of Rhizobium oryzae
Für die Gewinnung von R. oryzae wurden die folgenden Eltern-Rhizobia verwendet, um die milchig-weißen F.-Transkonjugant-Kolonien zu erzeugen: a) R. meliloti, das von in der Nähe von Victoria gefundener Luzerne isoliert wurde, und b) R. cowpea leucaena, das von dem tropischen Baum Leucaena leucocephala (der zur Familie Fabaceae gehört) aus Papua Neuguinea isoliert wurde.For the production of R. oryzae , the following parent rhizobia were used to produce the milky white F. transconjugant colonies: a) R. meliloti isolated from alfalfa found near Victoria, and b) R. cowpea leucaena, isolated from the tropical tree Leucaena leucocephala (belonging to the family Fabaceae) from Papua New Guinea.
Die Eltern-Rhizobia wurden in abwechselnden Linien auf dem vorstehend beschriebenen Agarmedium gezüchtet; die in dem Medium verwendeten Leguminosenextrakte wurden von der Luzerne bzw. von den Blättern von Leucaena leucocephala gewonnen. Die von R. meliloti gebildeten Kolonien hatten eine charakteristische gelblichbraune Farbe, während die von R. cowpea Leucaena gebildeten Kolonien eine charakteristische gräulichbraune Farbe aufwiesen.The parental rhizobia were grown in alternate lines on the agar medium described above; the leguminous extracts used in the medium were obtained from the alfalfa or from the leaves of Leucaena leucocephala . The colonies formed by R. meliloti had a characteristic yellowish-brown color, while the colonies formed by R. cowpea leucaena had a characteristic greyish-brown color.
Der von den milchig-weißen Kolonien abgeleitete Rhizobium-F -Trankonjugant wurde gereinigt und, wie beschrieben, in abwechselnden Linien mit einem R. trifoli-Stamm kultiviert, der von aus Randers stammenden Rotklee isoliert wurde. Die in dem Medium verwendeten Leguminosenextrakte wurden von der Luzerne, den Blättern von Leucaena leucocephala und dem Rotklee gewonnen. Die von dem F -Transkonjuganten gebildeten Kolonien waren milchig-weiß, während die von R. trifoli gebildeten Kolonien eine charakteristische hellbraune Farbe aufwiesen.The Rhizobium F -tender conjugate derived from the milky white colonies was purified and cultured as described in alternating lines with a R. trifoli strain isolated from Randers-derived red clover. The legume extracts used in the medium were obtained from the alfalfa, the leaves of Leucaena leucocephala and the red clover. The colonies formed by the F -transconjugant were milky-white, while the colonies formed by R. trifoli had a characteristic light brown color.
Der von den schneeweißen Kolonien, die zwischen den Strichen gewonnen wurden, stammende Rhizobium-F.-Transkonjugant, hier Rhizobium oryzae genannt, wurde gereinigt und isoliert, wie es beschrieben worden ist; der F^-Transkonjugant wurde eingesetzt, um Wurzelknöllchenbildung bei Reis auszulösen.The Rhizobium F. transconjugant, here called Rhizobium oryzae , derived from the snow white colonies recovered between the strokes, was purified and isolated as described; the F ^ transconjugant was used to induce root nodule formation in rice.
10.2. VVurzelknöllchenbildung bei Reis mit Hilfe von Rhizobium oryzae 10.2. V-rooting in rice with the help of Rhizobium oryzae
Die Reissamen wurden, wie beschrieben, behandelt, indem sieThe rice seeds were treated as described by
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dreimal in die vorstehend beschriebene wäßrige Lösung getaucht wurden, die 3 % Calciumsulfat uhd bis zu etwa IO % Leguminosenextrakte enthielt, die zur Erzeugung von R. oryzae verwendet wurden; d. h. die zum Oberziehen der Samen verwendeten Leguminosenextrakte wurden von der Luzerne, den Blättern von Leucaena leucocephala und dem Rotklee gewonnen. Nach jeder Immersion wurden die Samen luftgetrocknet und, wie nachstehend beschrieben, ausgesät.3 times immersed in the above-described aqueous solution containing 3 % calcium sulfate uhd up to about 10 % legume extracts used to produce R. oryzae ; ie the leguminous extracts used to cover the seeds were obtained from alfalfa, the leaves of Leucaena leucocephala and the red clover. After each immersion, the seeds were air dried and seeded as described below.
10.2.1. Feldversuch10.2.1. field test
Für den Feldversuch wurden die überzogenen Reissamen, wie in Abschnitt 6.3.2. beschrieben, gesät. Die Samen von Posten a) +R-N würden, wie beschrieben, mit einer Suspension von R. oryzae behandelt und mit .nichtstickstoffhaltigem Düngemittel gegossen % die Samen von Posten b) -R+N wurden nicht mit R. oryzae behandelt, sondern mit dem anorganischen Stickstoffdüngemittel gegossen; und die Samen von Posten c) -R-N wurden weder mit R. oryzae noch mit dem anorganischen Stickstoffdüngemittel behandelt, sondern einfach mit dem nichtstickstoffhaltigen Düngemittel gegossen.For the field trial, the coated rice seeds were grown as described in Section 6.3.2. described, sown. The seeds of items a) + RN would, as described, is treated with a suspension of R. oryzae and .nichtstickstoffhaltigem fertilizer poured% seeds of item b) -R + N were not treated with R. oryzae but with the inorganic Nitrogen fertilizer poured; and the seeds of item c) -RN were not treated with either R. oryzae or the inorganic nitrogen fertilizer but simply poured with the non-nitrogen fertilizer.
10.3. Analyse von Proteingehalt und Stickstoffgehalt von noduliertem Reis 10.3. Analysis of protein content and nitrogen content of nodulated rice
Es wurden die in Abschnitt 6.4. beschriebenen Methoden zur Charakterisierung der nodulierten Reispflanzen angewendet.The conditions described in Section 6.4. described methods for the characterization of the nodulated rice plants.
10.3.1. Ergebnisse des Feldversuchs10.3.1. Results of the field trial
Die Pflanzen wurden alle 4 1/2 Monate über eine Periode von 2 1/2 Oahren (2 Kulturen pro Oahr) geerntet, und der Proteingehalt pro Pflanze wurde, wie vorstehend beschrieben, analysiert.The plants were harvested every 4 1/2 months over a period of 2 1/2 years (2 cultures per ounce), and the protein content per plant was analyzed as described above.
Die in Tabelle V gezeigten Ergebnisse zeigen deutlich, daß die mit R. oryzae (+R-N) behandelten Reispflanzen einen höheren Proteingehalt aufwiesen als die mit Stickstoffdünger behandelte Gruppe (-R+N) und auch als die unbehandelte Gruppe (-R-N).The results shown in Table V clearly show that the R. oryzae (+ RN) treated rice plants had a higher protein content than the nitrogen fertilizer treated group (-R + N) and also the untreated group (-RN).
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11. Beispiel: Rhizobium als Stickstoffdüngemittel für Eucalyptus Example 11: Rhizobium as nitrogen fertilizer for Eucalyptus
Eine positive Wirkung von Rhizobium als Stickstoffdungemittel· wurde bei Eucalyptus (Familie Myrtaceae), einer Pflanzenart außerhalb der Familie der Gräser beobachtet. Von den zwei getesteten Species reagierte E. qlobulus sehr eindeutig mit erhöhter Biomasse. Wurzelknöllchen wurden allerdings nicht festgestellt.A positive effect of Rhizobium as nitrogen fertilizer has been observed in Eucalyptus (Myrtaceae family), a plant species outside the grass family. Of the two species tested, E. qlobulus reacted very clearly with increased biomass. Root nodules, however, were not detected.
11.1. Gewinnung von Rhizobium 08132411.1. Recovery of Rhizobium 081324
Rhizobium 081324, das einen gunstigen Einfluß auf Eucalyptus hat, wurde nach der Methode von Abschnitt 6 erzeugt, indem zuerst R. cowpea leucaena mit R. leguminosarum gekreuzt wurde, um den F.-Transkonjuganten zu gewinnen, der dann mit R. trifoli gekreuzt wurde. Der so gewonnene F -Transkonjugant, Stamm 081324·, wurde zur Behandlung von zwei Eucalyptusspecies eingesetzt. Dieser Rhizobiumstamm infiziert keinen anderen der hier in den Beispielen beschriebenen Pflanzenwirte.Rhizobium 081324, which has a favorable effect on Eucalyptus, was produced by the method of Section 6, by first crossing R. cowpea leucaena with R. leguminosarum to recover the F. transconjugant, which was then crossed with R. trifoli , The F -transconjugant thus obtained, strain 081324 *, was used to treat two Eucalyptus species. This rhizobium strain does not infect any of the other plant hosts described in the examples.
11.2. Behandlung von Eucalyptus mit Rhizobium 08132411.2. Treatment of Eucalyptus with Rhizobium 081324
Eucalyptussamen wurden, wie bereits für Getreide beschrieben, in einem Leguminosenpflanzenextrakt von Erbse, Bohne, Lupine, Klee, Luzerne und Leucaena vorgekeimt. Die behandelten Samen wurden in groben Sand gesät, und unbehandelte Samen wurden als Kontrolle gesät.Eucalyptus seeds were pre-germinated in a leguminous plant extract of pea, bean, lupine, clover, alfalfa and leucaena as described for cereals. The treated seeds were sown in coarse sand and untreated seeds were sown as a control.
Nach der Keimung wurden die vorbehandelten Sämlinge mit nicht-After germination, the pre-treated seedlings were
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stickstoffhaltigem Düngemittel und einer Suspension von einem von sechs verschiedenen Rhizobium-F -Transkonjuganten (+R-N) gegossen. Nach der Keimung wurde eine Gruppe unbehandelter Sämlinge- mit einem Stickstoffdüngemittel gegossen (-R+N), und eine andere Gruppe erhielt nichtstickstoffhaltigen Dünger (-R-N). Vier lochen später waren die mit fünf der sechs Rhizobiumstämme behandelten Sämlinge alle eingegangen; aber die mit Rhizobium-Stamm 081324 behandelten überlebten. Die überlebenden Pflanzen wurden einzeln in Sechs-Liter-Töpfe mit Erde und einer Deckschicht von ".FiboH-Klinkermaterial zum Zurückhalten der Feuchtigkeit im Topf und zur Verhinderung von Pilzwachstum gepflanzt. Der Boden der Töpfe wurde perforiert, so daß überschüssiges Wasser herausfließen konnte, aber die Menge an verabreichtem nichtstickstoffhaltigem Düngemittel wurde so eingestellt, daß keine stauende Nässe oder Bakterienverunreinigung möglich waren. Es waren insgesamt 28 Töpfe; 14 davon +R-N und 14 -R+N. Die 14 +R-N-Töpfe wurden erneut mit Rhizobium 081324 geimpft. Nach einer Wachstumszeit von 4 Monaten hatten die +R-N Eucalyptuspflanzen zwei- bis dreimal so viel Biomasse wie die +R-N-Pflanzen. Die Untersuchung einer -R+N-Pflanze ergab keine Wurzelknöllchen; allerdings ist der Nachweis von kleinen Knöllchen sehr schwierig, wenn die Wurzeln in Erde wachsen, weil die Erdteilchen an den Wurzeln haften und die feinen Wurzeln entfärben. Trotz der Tatsache, daß bei dieser +R-N-Eucalyptuspflanze keine Wurzelknöllchen festgestellt wurden, zeigen die Ergebnisse, daß die erhöhte Biomasse auf die Stickstoffbindung durch Rhizobien zurückzuführen ist.nitrogenous fertilizer and a suspension of one of six different Rhizobium F transconjugants (+ RN). After germination, one group of untreated seedlings was cast with a nitrogen fertilizer (-R + N) and another group received non-nitrogenous fertilizer (-RN). Four holes later, all of the seedlings treated with five of the six rhizobium strains had entered; but those treated with Rhizobium strain 081324 survived. The surviving plants were individually planted in six liter pots with soil and a topcoat of "Fibo H " clinker material to retain moisture in the pot and prevent fungal growth. The bottom of the pots were perforated so that excess water could flow out. but the amount of non-nitrogenous fertilizer applied was adjusted so that no stagnant wetness or bacterial contamination was possible There were a total of 28 pots, 14 of them + RN and 14 -R + N. The 14 + RN pots were re-vaccinated with Rhizobium 081324. After a growth time of 4 months, the + RN eucalyptus plants had two to three times as much biomass as the + RN plants.The examination of a -R + N plant did not yield root nodules, but the detection of small nodules is very difficult when the Roots grow in soil because the soil particles adhere to the roots and discolour the fine roots, despite the fact that in this er + RN eucalyptus plant no root nodules were found, the results show that the increased biomass is due to the nitrogen binding by rhizobia.
12. Beispiel: Rhizobium Rl, das Wurzelknöllchenbildung bei Brassicaceae auslöst 12. Example: Rhizobium Rl, the Wurzelknöll chenbildung triggers in Brassicaceae
Ein Mitglied der Brassicaceae, eine weitere Pflanze außerhalb der Familie der Gräser, reagierte ebenfalls positiv auf Rhizobiumbehandlung. Die Behandlung von Raps (Brassica napus) mit Rhizobium Rl (010824) bewirkte Pflanzenwachstum und das Erscheinen von Wurzelknöllchen.A member of the Brassicaceae, another plant outside the grass family, also responded positively to Rhizobium treatment. The treatment of rape ( Brassica napus ) with Rhizobium Rl (010824) caused plant growth and the appearance of root nodules.
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12.1. Gewinnung von Rhizobium Rl 01082412.1. Recovery of Rhizobium Rl 010824
Rhizobium Rl (010824), das Wurzelknöllchenbildung bei Raps auslöst, wurde nach der in Abschnitt 6 beschriebenen Methode erzeugt, indem zuerst R.phaseoli mit R. cowpea leucaena gekreuzt wurde, um den F -Transkonjuganten zu erzeugen, der dann mit R. trifoli gekreuzt wurdeRhizobium R1 (010824), which induces root nodule formation in oilseed rape, was produced by the method described in Section 6, by first crossing R.phaseoli with R. cowpea leucaena to produce the F -transconjugant, which was then crossed with R. trifoli has been
/DR. NIELSEN: SIND DIESE KREUZUNGEN RICHTIG?7 / DR. NIELSEN: ARE THESE CROSSINGS CORRECT? 7
12.2. Behandlung von Raps mit Rhizobium Rl 01082412.2. Treatment of rape with Rhizobium Rl 010824
Die Rapssamen wurden, wie zuvor für Getreide beschrieben, in einem Leguminosenpflanzsnextrakt von Bohne, Leucaena und Klee vorgekeimt. Die behandelten Samen wurden in Zwei-Liter-Behälter gesät, und'nach der Keimung wurde eine Gruppe (-R+N) normal gedüngt, eine zweite Gruppe (-R-N) wurde nur mit nichtstickstoffhaltigem Dünger gegossen, und eine dritte Gruppe (+R-N), die ebenfalls mit nichtstickstoffhaltigem Dünger gegossen wurde, wurde mit sechs verschiedenen Rhizobia-Stämmen behandelt. Nach 3 1/2 Monaten hatten die -R-N-Pflanzen noch immer nur die ersten drei juvenilen Blätter, und die +R-N-Pflanzen, die mit drei Rhizobia-stämmen behandelt worden waren, nämlich R4, R5 und Rohwaren ebenso schwach entwickelt. Einer der Rhizobia-Transkonjuganten, nämlich der Stamm Rl oder 010824 war jedoch vorteilhaft. Die mit Rl 010824 behandelte Pflanze hatte fast die gleiche Größe und Schötchen wie die größte -R+N-Pflanze, und es waren kleine Wurzelknöllchen •sichtbar.The rapeseeds were pregerminated in a legume plant extract of bean, leucaena and clover as previously described for cereals. The treated seeds were sown in two liter containers, and after germination, one group (-R + N) was fertilized normally, a second group (-RN) was poured only with non-nitrogenous fertilizer, and a third group (+ RN ), which was also cast with non-nitrogenous fertilizer, was treated with six different rhizobia strains. After 3 1/2 months, the -R-N plants still had only the first three juvenile leaves, and the + R-N plants treated with three rhizobia strains, R4, R5 and raw materials, were also poorly developed. However, one of the rhizobia transconjugants, strain Rl or 010824, was advantageous. The plant treated with R110824 was almost the same size and small size as the largest -R + N plant, and small root nodules were visible.
13. Beispiel: Gesamtstickstoffanalyse von nodulierten Nichtlequminosen . 13. Example: Total nitrogen analysis of nodulated non-leucuminoses.
Um zu demonstrieren, daß die durch die erfindungsgemäßen Rhizobia-Transformanten bei Nichtleguminosen hervorgebrachten Wurzelknöllchen aktiv bei der Stickstoffbindung waren, wurden Kjeldahl-Analysen des Gehalts der Pflanzen an organischem Stickstoff durchgeführt.To demonstrate that the root nodules produced by the rhizobia transformants of the invention in non-legumes were active in nitrogen binding, Kjeldahl analyzes of the content of the plants were carried out on organic nitrogen.
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15.1. Materialien und Methoden15.1. Materials and methods
Alle getesteten Nichtlegurainosen wurden in drei Gruppen ein-? geteilt: a) eine wurde mit dem Rhizobium-Transkonjuganten und einem nichtstickstoffhaltigen Dünger (+R-N) behandelt; fr) die zweite Gruppe wurde mit Stickstoffdünger ohne den Rhizobiura-Transkonjuganten (-R+N) behandelt; und c) die dritte Gruppe wurde weder mit dem Rhizobium-Transkonjuganten noch mit dem Stickstoffdünger (-R-N) behandelt. Diese Gruppe wurde unter ansonsten identischen Bedingungen im Gewächshaus gezogen und einige Male im Verlaufe der Wachstumsperiode geerntet, bis die Samen reif waren. Drei bis fünf Pflanzen wurden in jedem Behälter gezogen, und bei der Ernte wurden ihre Triebe zusammengenommen. Von diesem Material wurde eine Probe entnommen und auf den Gesamtgehalt an organischem Stickstoff hin analysiert. Die in den nachfolgenden Unterabschnitten angegebenen Ergebnisse zeigen, daß die nodulierten Nichtleguminosenpflanzen in der Lage waren, Stickstoff zu binden.All non-gelatinoses tested were divided into three groups? divided: a) one was treated with the rhizobium transconjugant and a non-nitrogenous fertilizer (+ R-N); fr) the second group was treated with nitrogen fertilizer without the rhizobiura transconjugant (-R + N); and c) the third group was not treated with either the rhizobium transconjugant or the nitrogen fertilizer (-R-N). This group was grown in the greenhouse under otherwise identical conditions and harvested several times during the growing period until the seeds were ripe. Three to five plants were grown in each container and at harvest their shoots were taken together. From this material, a sample was taken and analyzed for the total content of organic nitrogen. The results given in the subsections below show that the nodulated non-leguminous plants were able to bind nitrogen.
13.2. Weizen- und Gerstenpflanzen13.2. Wheat and barley plants
Zwei Weizenvarietäten, nämlich Cornette und Ralle, wurden, wie in Abschnitt 7 beschrieben, mit Hilfe von Rhizobium tritici noduliert (zur Wurzelknöllchenbildung gebracht). Der Stickr stoffgehalt, ausgedrückt in mg Stickstoff pro Pflanzenoberteil, und die Trockenmasse des Pflanzenoberteils wurden analysiert.. Die Resultate sind in der nachstehenden Tabelle VII angegeben.Two varieties of wheat, namely Cornette and Ralle, were nodulated (as shown in Section 7) with the help of Rhizobium tritici (brought to root nodule formation). The nitrogen content, expressed in mg of nitrogen per plant top, and the dry matter of the plant top were analyzed. The results are given in Table VII below.
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κ TM.= Trockenmasseκ TM. = dry matter
Die Pflanzen in Versuch 1 wurden unter suboptimalen Lichtverhältnissen gezogen.The plants in experiment 1 were grown under suboptimal lighting conditions.
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Die in Tabelle VII aufgeführten Ergebnisse zeigen, daß die Trockenmasse der +R-N-Pflanzen etwa 82 % der der -R+N-Pflanzen beträgt und daß der Stickstoffgehalt der +R-N-Pflanzen etwa 80 % der -R+N-Pflanzen beträgt.The results shown in Table VII show that the dry weight of the + RN plants is about 82 % of that of the -R + N plants and that the nitrogen content of the + RN plants is about 80 % of the -R + N plants.
Fünf Varietäten Gerste, nämlich Oenny, Taarn, Lina, Grith und Triumph wurden, wie zuvor in Abschnitt 8 beschrieben, mit Hilfe von Rhizobium hordei zur Wurzelknöllchenausbildung gebracht. Der Stickstoffgehalt, ausgedrückt als mg Stickstoff pro Pflanzenoberteil, und die Trockenmasse des Pflanzenoberteils wurden analysiert. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden Tabelle VIII aufgeführt.Five varieties of barley, namely Oenny, Taarn, Lina, Grith and Triumph were brought to root nodule formation using Rhizobium hordei as described in Section 8 above. The nitrogen content, expressed as mg of nitrogen per plant top, and the dry matter of the plant top were analyzed. The results are listed in Table VIII below.
Die mit Rhizobium nodulierten Gerstenpflanzen erreichen die gleiche Größe und Trockenmasse wie die mit normalem Stickstoffdünger behandelten Pflanzen. Der Stickstoffgehalt der +R-N-Gerste beträgt etwa 83 % dessen der -R+N-Pflanzen und ist 20mal so hoch wie der Stickstoffgehalt der -R-N-Pflanzen. Der in den -R-N-Pflanzen festgestellte Stickstoff rührt vom Samen her und vergrößert sich während der Wachstumsperiode nicht.The rhizobium nodulated barley plants reach the same size and dry mass as the plants treated with normal nitrogen fertilizer. The nitrogen content of the + RN barley is about 83 % that of the -R + N plants and is 20 times as high as the nitrogen content of the -RN plants. The nitrogen found in the -RN plants stems from the seed and does not increase during the growth period.
Die Wirkung der Rhizobium-Transkonjuganten als Ersatz für Stickstoffdünger ist vornehmlich auf die Wirkung kleiner Wurzelknöllchen zurückzuführen, die an 75 % der Pflanzen vorhanden waren. Da pro Behälter 3 bis 5 Pflanzen gezogen wurden, war es nicht möglich, die Wurzeln zu trennen und nur die Pflanzen mit Wurzelknöllchen zu analysieren. Es wird erwartet, daß Wurzelknöllchenausbildung an 100 % der Pflanzen und die Entwicklung großer Wurzelknöllchen noch effektiver wären.The effect of rhizobium transconjugants as a replacement for nitrogen fertilizers is mainly due to the action of small root nodules present on 75 % of the plants. Since 3 to 5 plants per container were drawn, it was not possible to separate the roots and to analyze only the plants with Wurzelknöllchen. It is expected that root nodule formation on 100 % of the plants and the development of large root nodules would be even more effective.
Um die Möglichkeit auszuschließen, daß die nodulierten +R-N-Nichtleguminosenpflanzen das Rhizobium-Impfmaterial oder die Bakterien, die sich später in den Behältern ausbreiten mögen, als Stickstoffquelle benutzen, wurde das folgende Experiment durchgeführt: Die Weizenvarietät Cornette und die Gerstenvarietät Taarn wurden jeweils mit R. lequminosarum Stamm Ml unter Anwendung der gleichen Verfahren, Mengen und BedingungenTo exclude the possibility that the nodulated + RN non-leguminous plants use the Rhizobium inoculum or the bacteria which may later spread in the containers as nitrogen source, the following experiment was performed: The wheat variety Cornette and the barley variety Taarn were each labeled with R lequminosarum strain Ml using the same procedures, quantities and conditions
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Tabelle VIII N-Gehalt und Trockenmasse von nodulierter GersteTable VIII N content and dry matter of nodulated barley
TM = TrockenmasseTM = dry matter
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beimpft, die für das Beimpfen dieser Nichtleguminosenpflanzen mit dem Rhizobium-Transkonjuganten, R. tritici bzw. R. hordei/beschrieben worden sind. Die mit R. lequminosarum beimpften Pflanzen wurden mit nichtstickstoffhaltigem Dünger gegossen, und die Speicherung von Stickstoff wurde mit der der -R-N-Pflanzen verglichen. Weder die mit R. lequminosarum beimpften Pflanzen noch die -R-N-Pflanzen sammelten Stickstoff an. Die Schlußfolgerung ist, daß ein nichtspezifischer Bakterienimpfstoff als solcher der Pflanze keinen Stickstoffdünger zuführt. Im Gegenteil, die in den Tabellen VII undinoculated for inoculating these non-leguminous plants with the Rhizobium transconjugant, R. tritici and R. hordei, respectively. The plants inoculated with R. lequminosarum were poured with non-nitrogenous fertilizer and the nitrogen storage was compared with that of the -RN plants. Neither the plants inoculated with R. lequminosarum nor the -RN plants accumulated nitrogen. The conclusion is that a nonspecific bacterial vaccine as such does not deliver nitrogenous fertilizer to the plant. On the contrary, in Tables VII and
VIII dargestellte Stickstoffspeicherung, die als Reaktion auf die Nodulation (Wurzelknöllchenausbildung) mit R. tritici bzw· R. hordei erfolgt, muß auf Stickstoffbindung zurückzuführen sein.VIII nitrogen storage shown that in response to nodulation (root nodules formation) is carried out with R. tritici b zw · R. hordei must be due to nitrogen fixation.
13.3. Sorghum- und Reispflanzen13.3. Sorghum and rice plants
Drei Sorghumvarietäten, nämlich Dabar, Safra und Feterita wurden, wie in Abschnitt 9 beschrieben, mit Hilfe vqn Rhizobium sorqhi zur Wurzelknöllchenausbildung gebracht. Der Stickstoffgehalt, ausgedrückt in mg Stickstoff pro Pflanzenoberteil, und die Trockenmasse des Pflanzenoberteils wurden analysiert. Die Ergebnisse sind in der nachstehenden TabelleThree varieties of sorghum, namely Dabar, Safra and Feterita, were prepared for root nodule formation as described in Section 9, using Rhizobium sorqhi . The nitrogen content, expressed in mg of nitrogen per plant top, and the dry matter of the plant top were analyzed. The results are in the table below
IX aufgeführt.IX listed.
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Tabelle IX N-Gehalt und Trockenmasse von noduliertem Sorghum Table IX N content and dry matter of nodular sorghum
+R-N -R+N -R-N+ R-N-R + N-R-N
(n = 6) (n "- 3) (n = 3)(n = 6) (n "- 3) (n = 3)
33,83 + 10,1 49,60 + 22,5 25,50 + 4,233.83 + 10.1 49.60 + 22.5 25,50 + 4,2
0,40 + 0,1 1,42 + 0,7 0,26 + O0.40 + 0.1 1.42 + 0.7 0.26 + O
102,93 + 15,2 329,51 + 87,7 42,84 + 8,0102.93 + 15.2 329.51 + 87.7 42.84 + 8.0
1,00 + 0,2 5,93 + 2,3 0,31 + O1.00 + 0.2 5.93 + 2.3 0.31 + O
179,84 + 62,2 602,34 + 44,9 43,77 +21,5179.84 + 62.2 602.34 + 44.9 43.77 +21.5
2,00+ 0,8 9,86+ 2,7 0,31+02.00 + 0.8 9.86 + 2.7 0.31 + 0
439,83 + -95,8 576,18 + 75,4 53,71 +12,4439.83 + -95.8 576.18 + 75.4 53.71 +12.4
4,40 + 0,9 11,02 + 0,9 0,31 + O4.40 + 0.9 11.02 + 0.9 0.31 + O
1242,94 + 391,4 1198,99 +596,0 56,76 + 7,81242.94 + 391.4 1198.99 +596.0 56.76 + 7.8
11,65 + 2,4 12,44 + 6,8 0,27 + O11.65 + 2.4 12.44 + 6.8 0.27 + O
TM = TrockenmasseTM = dry matter
Eine Reissorte M-20!wurde mit Hilfe von Rhizobium oryzae, wie in Abschnitt 10 beschrieben, zur Wurzelknöllchenausbildung gebracht. Der Stickstoffgehalt, ausgedrückt als mg Stickstoff pro Pflanzenoberteil, und die Trockenmasse des Pflanzenoberteils wurden analysiert. Die Resultate sind in der nachstehenden Tabelle X angegeben.A rice variety M-20! Was made into root nodule formation using Rhizobium oryzae as described in Section 10. The nitrogen content, expressed as mg of nitrogen per plant top, and the dry matter of the plant top were analyzed. The results are shown in Table X below.
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Die Ergebnisse zeigen, daß die Trockenmasse der +R-N-Pflanzen anfänglich hinter der der -R+N-Pflanzen zurücksteht; am Ende des Versuchszeitraums gleicht die von den +R-N-Pflanzen angesammelte Trockenmasse jedoch der der -R+N-Pflanzen und kann sie übersteigen. Die Stickstoffspeicherung in den +R-N-Pflanzen und den -R+N-Pflanzen scheint etwa gleich zu sein.The results show that the dry matter of the + R-N plants initially lagged behind that of the -R + N plants; however, at the end of the experimental period, the dry matter accumulated by the + R-N plants will be similar to and may exceed that of the -R + N plants. The nitrogen storage in the + R-N plants and the -R + N plants seems to be about the same.
13.4. Raps13.4. rape
Zwei Raps-Varietäten, nämlich Hanna und Topas, wurden, wie in Abschnitt 12 beschrieben, unter Verwendung von Rhizobium Rl 010824 zur Wurzelknöllchenausbildung gebracht. Der Stickstoffgehalt, ausgedrückt als mg Stickstoff pro Pflanzenoberteil und die Trockenmasse des Pflanzenoberteils wurden analysiert. Die Resultate sind in der nachstehenden Tabelle XI aufgeführt.Two rapeseed varieties, Hanna and Topas, were made root nodule-forming as described in Section 12 using Rhizobium R110824. The nitrogen content, expressed as mg of nitrogen per plant top and the dry matter of the plant top were analyzed. The results are listed in Table XI below.
iö4 yiö4 y
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Tabelle XI N-Gehalt und Trockenmasse von noduliertem Raps Table XI N content and dry matter of nodulated oilseed rape
-R+N-R + N -R-N-R-N
47 TM · 67,25 + 17,4 344,91 + 31,6 9,71 + 0,247 TM · 67.25 + 17.4344.91 + 31.6 9.71 + 0.2
6,71 + 0,1 0,22 + 0,26.71 + 0.1 0.22 + 0.2
59 TM 99,40 + 14,3 477,07 + 62,8 13,90 + 4,559 TM 99.40 + 14.3477.07 + 62.8 13.90 + 4.5
7,03 + 0,2 0,11 +0,17.03 + 0.2 0.11 +0.1
73 ' TM 248,56 + 24,3 766,47 + 72,7 14,92 + 9,973 'TM 248.56 + 24.3 766.47 + 72.7 14.92 + 9.9
10,25 + 1,9 0,10.+ 0,0410.25 + 1.9 0.10 + 0.04
98 TM 424,80 * 72,5 704,73 + 12,11 + 7,998 TM 424.80 * 72.5 704.73 + 12.11 + 7.9
17,66 + 5,1 0,10 + 0,0517.66 + 5.1 0.10 + 0.05
110 TM 547,37 + 22,2 1049,77 +388,6 17,86 +12,1110 TM 547.37 + 22.2 1049.77 +388.6 17.86 +12.1
24,33 + 7,9 0,26 + 0,224.33 + 7.9 0.26 + 0.2
129 TM 1013,59 +241,8 1955,60 + 330,0 15,39 + 6,0129 TM 1013.59 +241.8 1955.60 + 330.0 15.39 + 6.0
33,21 + 8,6 0,16+0,0933.21 + 8.6 0.16 + 0.09
147 TM 2231,55 , ND ND147 TM 2231.55, ND ND
ND NDND ND
TM = TrockenmasseTM = dry matter
η = 4 Pflanzen pro Probe ND = Keine Angaben (No data)η = 4 plants per sample ND = No data (No data)
Die Ergebnisse zeigen, daß die +R-N-Pflanzen etwa 50 % der von den -R+N-Pflanzen angesammelten Trockenmasse speicherten, und der Stickstoffgehalt der +R-N-Pflanzen betrug etwa 30 % dessen der -R+N-Pflanzen. Obgleich die Speicherung niedriger als bei den mit Stickstoff gedüngten Pflanzen war, erklären die bei den Rapspflanzen beobachteten kleinen Wurzelknöllcheri den Fortbestand der in Abwesenheit von Stickstoffdünger gezogenen nodulierten Rapspflanzen (vergleiche die Ergebnisse für +R-N mit denen für -R-N, wo weder Trockenmasse noch Stickstoff angesam-The results show that the + RN plants stored about 50 % of the dry matter accumulated by the -R + N plants, and the nitrogen content of the + RN plants was about 30 % of that of the -R + N plants. Although the storage was lower than that of the nitrogen fertilized plants, the small root nodules observed in the rape plants explain the survival of the nodulated rape plants grown in the absence of nitrogen fertilizer (compare the results for + RN with those for -RN where neither dry matter nor nitrogen accumulates -
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melt wurden).were melted).
14, Mikroorqanismenbank14, microorganism bank
Die folgenden Rhizobiumstämme wurden bei der American Type Culture Collection (ATCC), Rockville, MD; hinterlegt und erhielten die folgenden Eintragungsnummern:The following rhizobium strains were obtained from the American Type Culture Collection (ATCC), Rockville, MD ; deposited and received the following registration numbers:
Der Geltungsbereich der Erfindung ist nicht durch die hinterlegten Mikroorganismen begrenzt, da die hinterlegte Probe als eine Veranschaulichung eines Aspekts der Erfindung zu verstehen ist und alle Mikroorganismen, die eine äquivalente Funktion haben, im Geltungsbereich der Erfindung liegen. Tatsächlich werden Fachleuten verschiedene Modifikationen der Erfindung zusätzlich zu den dargestellten und beschriebenen aus der Beschreibung und den zugehörigen Zeichnungen offenbar werden. Es ist beabsichtigt, daß solche Modifikationen in den Geltungsbereich der anhängigen Patentansprüche fallen.The scope of the invention is not limited by the deposited microorganisms, as the deposited sample is to be understood as an illustration of an aspect of the invention and all microorganisms which have an equivalent function are within the scope of the invention. Indeed, various modifications of the invention in addition to those illustrated and described will become apparent to those skilled in the art from the description and the accompanying drawings. It is intended that such modifications fall within the scope of the appended claims.
Claims (8)
Family
ID=
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