Fungistasis and general soil biostasis - A new synthesis

In most soils, fungal propagules are restricted to a certain extent in their ability to grow or germinate. This phenomenon, known as soil fungistasis, has received considerable attention for more than five decades, mostly due to its association with the general suppression of soil-borne fungal diseases. Here, we review major breakthroughs in understanding the mechanisms of fungistasis. Integration of older fungistasis research and more recent findings from different biological and chemical disciplines has lead to the consensus opinion that fungistasis is most likely caused by a combination of microbial activities, namely withdrawal of nutrients from fungal propagules and production of fungistatic compounds. In addition, recent findings indicate that there are mechanistic links between these activities leading towards an integrated theory of fungistasis. Among the potentially fungistatic compounds volatiles have received particular attention. Whereas it has long been assumed that fungistasis is the result of the metabolic activity of the total soil microbial biomass, more recent research points at the importance of activities of specific components of the microbial community. These insights into fungistasis have also formed the basis for strategies to increase general soil suppression. Besides these basic and practical aspects of fungistasis, its impact on fungal ecology, in particular on fungal exploration strategies, is discussed. Finally, we take a closer look at plant-soil feedback experiments to demonstrate the occurrence of fungistasis-like phenomena and to suggest that fungistasis may be part of a much wider phenomenon: general soil biostasis.     

Prevalence and genotypes of Giardia duodenalis in dairy and beef cattle in farms around Charlottetown, Prince Edward Island, Canada

Prevalence of Giardia duodenalis in dairy and beef cattle on farms around Charlottetown, Prince Edward Island (Canada) was determined by analyzing feces using direct immunofluorescence antibody microscopy. Genotypes were determined by 16S-rRNA sequencing. Fecal samples (n = 892) were collected from adult cattle in dairy tie-stall, dairy free-stall, and beef herds (10 herds each), and from calves (n = 183) from 11 dairy farms. Prevalence rates were 38% and 51% in cows and calves, respectively. Giardia duodenalis was present in all dairy herds, in 9/10 beef herds and in calves from 10/11 herds examined. Prevalence rates were 40% and 41% for cows in tie- and free-stall herds, respectively, and 27% for beef cows. Zoonotic Assemblage A was found in 12.2% of calves concomitantly infected with Assemblage E. All successfully sequenced samples (114/128) from cows corresponded to Assemblage E. Giardia duodenalis is highly prevalent in cattle herds in Prince Edward Island and Assemblage A in calves is a potential public health concern.     

Influence of oxygen concentration and storage factors on susceptibility of potato tubers to bacterial soft rot (Erwinia carotovora)

Summary Potato tubers were injected with 10 μl of each of six inoculum levels (from 1 · 10⁶ to 5 · 10⁹ cells ml) ofErwinia carotovora var.atroseptica (van Hall) Dye. Analysis of the Weibull plot indicated that the bacteria acted independently and that all tubers were equally susceptible to decay. The amount of decay was significantly higher at 2% than at 6 and 10% oxygen. Under aerobic conditions at 22°C the bacteria multiplied quickly for no longer than 24 h but in a nitrogen atmosphere populations increased rapidly for 72 h at which time decay symptoms appeared. Changes in relative humidity had no effect on the diameter of decay induced by injecting six levels of inoculum into tubers but at 16°C decay developed significantly faster than at 10°C. Tubers treated with rindite to break dormancy initially decayed more than untreated tubers but 10 weeks after treatment, they decayed to a lesser extent. Susceptibility of tubers, treated with Furarex to break dormancy, was relatively constant throughout the storage period: untreated tubers. however, decreased in susceptibility after four weeks' storage.

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Zusammenfassung Kartoffelknollen (Sorte Russet Burbank) wurden mit 10 μl von 6 verschiedenen Suspensionen zwischen 1 · 10⁶ und 5 · 10⁹ Zellen/ml vonErwinia carotovora var.atroseptica (van Hall) Dye. inokuliert. Der Prozentsatz von inokulierten Stellen (injected loci), die bei 2% Sauerstoff in F?ulnis übergingen, aufgetragen auf einer Weibull-Skala als Funktion des Gehaltes an Inokulum, ergab eine Gerade mit einheitlichem Anstieg (Fig. 1) und zeigte Homogenit?t in der Anf?lligkeit der Knollen und unabh?ngige Wirkung der Bakterien. Ein Anstieg der ED₅₀ war mit einer Zunahme der Sauerstoffkonzentration positiv korreliert (Fig. 2). In Luft und in Stickstoffatmosph?re wurden ?nderungen der Population vonE. carotovora var.atroseptica, die den Kartoffelknollen injiziert wurden, in vivo untersucht (Fig. 3A). Unter aeroben Bedingungen nahm die Zahl der Zellen in den ersten 24 Stunden schnell und dann nur langsam zu; F?ulesymptome entwickelten sich nicht. Im Gegensatz dazu nahm die Zahl der Zellen unter anaeroben Bedingungen bis zu 72 Stunden zu und zu dieser Zeit war die F?ule bereits sichtbar. Der Hemmung des Bakterienwachstums unter aeroben Bedingungen folgte ein schnelles Wachstum, wenn die Knollen in anaerobe Bedingungen gebracht wurden (Fig. 3B). Mit frisch geernteten Knollen (Sorte Red La Soda), die in Florida gewachsen waren, wurde der Einfluss der Sauerstoffkonzentration, der Temperatur, der relativen Luftfeuchtigkeit und der Keimruhe auf die Knollenanf?lligkeit untersucht. Einige Knollen wurden mit Fusarex (Tetrachlornitrobenzol) behandelt, um die Keimruhe aufrecht zuerhalten und einige mit Rindite (?thylenchlorhydrin, ?thylendichlorid, Tetrachlorkohlenstoff, 7∶3∶1), um die Keimruhe zu brechen. Unterschiede in der Anf?lligkeit wurden durch ausmessen der F?uledurchmesser erfasst, die sich an jeder Injektionsstelle mit einer der 6 Konzentrationen entwickelten. Die F?ule war bei 16°C st?rker als bei 10°C (Tabelle 1) und die Unterschiede im Ausmass der F?ule zwischen den beiden Temperaturen waren bei der st?rksten Konzentration in allen Versuchen am gr?ssten (Fig. 4). Die F?ule entwickelte sich bei 2%. Sauerstoff schneller als bei 6 und 10% (Tabelle 2). Eine Woche nach der Ernte faulten die mit Rindite behandelten Knollen in einem gr?sseren Ausmass als die mit Fusarex behandelten oder die unbehandelten Knollen (Tabelle 3). In den folgenden Wochen nahm die Anf?lligkeit ab und 10 Wochen nach der Ernte waren die F?ulen in den mit Rindite behandelten Knollen signifikant geringer als in den mit Fusarex behandelten oder den unbehandelten Knollen. Die mit Fusarex behandelten Knollen waren 4 Wochen nach der Ernte weniger anf?llig als nach 1 Woche, aber nach 7 Wochen war die Anf?lligkeit wieder auf dem ursprünglichen Niveau. Bei unbehandelten Knollen nahm die Anf?lligkeit in diesem und in vorangegangenen Versuchen nach 4 Wochen Lagerung signifikant ab. Verschiedene relative Luftfeuchtigkeiten hatten keinen Einfluss auf die Zahl oder das Ausmass der F?ulen. Die Injektionstechnik zeigte, dass relativ kleine Unterschiede in einem Umweltfaktor wie z.B. Sauerstoff einen signifikanten Einfluss auf die Anf?lligkeit für Nassf?ule haben. Dieses Verfahren ist wichtig für die Auslese auf Resistenz gegen Nassf?ule in den Züchtungsprogrammen und für die Bestimmung eines m?glichen Effektes anderer Faktoren und chemischer Behandlungen auf die Anf?lligkeit für Nassf?ule.

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Résumé Des tubercules de la variété Russet Burbank ont été inoculés par injection de 10 μl d'un mélange de 6 inoculumd'Erwinia carotovora var.atroseptica (van Hall) Dye, à des taux variant entre 1 · 10⁶ et 5 · 10⁹ cellules ml. Le pourcentage des points d'injection évoluant par la suite en pourriture ayant été reporté sur graphique, les auteurs constatent qu'il est fonction du taux d'inoculum. Comme on peut l'observer aprés ajustement sur l'échelle de Weibull, on a une droite avec une pente unitaire (Fig. 1), cela a montré une homogénéité dans la sensibilité des tubercules et une action indépendante pour les bactéries. Une augmentation de ED₅₀ est corrélée de maniére positive avec une augmentation de la concentration en Oxygéne (Fig. 2). In vivo, des modifications de la populationd'E. carotovora varatroseptica aprés injection dans les tubercules ont été observées en condition normale d'aération et en atmosphéres azotées. (Fig. 3 A). En conditions aérobies, le nombre de cellules a augmenté rapidement pendant 24 h, ensuite il n'a évolué que lentement et les sympt?mes de pourritures ne sont pas apparus. Au contraire, en conditions anaérobies, le nombre de cellules augmenté pendant 72 h. à ce moment la pourriture devient visible. L'arrêt de la croissance bactérienne en conditions aérobies a été suivi d'une augmentation rapide de la population bactérienne, quand on place ensuite ces tubercules en conditions anaérobies (Fig. 3B). Les effets de la concentration en oxygéne, de la température, de l'humidité relative et de la dormance du tubercule, sur la sensibilité, ont été étudies avec des tubercules provenant de Floride (var. Red la Soda) et venant d'être récoltés. Une partie des tubercules a été traitée avec Fusarex (tétrachloronitrobenzène) afin de maintenir la dormance et l'autre partie avec de la rindite (éthylène chlorohydrine, éthylène dichloré, carbone tétrachloré · 7∶3∶1) pour lever la dormance. Des différences de sensibilité ont été mises en évidence par analyse des diamètres des surfaces malades apparaissant au niveau de chaque point d'injection avec l'un des six taux d'inoculum. L'importance des pourritures est plus élevée à 16°C qu'à 10°C (tableau 1) et les différences au niveau de la quantité de pourritures entre les 2 températures étaient plus importantes pour les taux d'inoculum les plus forts dans toutes les expérimentations (Fig. 4). Les pourritures se sont développées plus rapidement avec 2% d'oxygène qu'avec 6 et 10% (tableau 2). Une semaine après la récolte, les tubercules ayant été traités à la rindite ont pourri dans une plus grande mesure que ceux traités au Fusarex ou que les témoins (tableau 3). La sensibilité décroit les semaines suivantes, ainsi, 10 semaines après la récolte, les mesures enregistrées ont été significativement plus faibles pour les tubercules traités à la rindite que pour ceux traités au Fusarex ou pour les témoins. Les tubercules ayant été traités au Fusarex ont été moins sensibles, quand on les a testés 4 semaines après la récolte, que ceux testés après 1 semaine, mais après 7 semaines, leur sensibilité est revenue au niveau intial. Des tubercules non traités, à la fois dans cette expérimentation et dans d'autres études préliminaires ont une sensibilité à la maladie qui décroit de manière significative après 4 semaines de conservation. Le taux d'évolution de la maladie n'a pas été affecté par différentes humidités relatives. La technique d'injection s'est révélée intéressante car elle a montré des différences relativement faibles: même avec le facteur environnement (oxygéne) dont le r?le est important pour les changements de sensibilité à la pourriture molle. Ce procédé pourrait être utilisé dans un programme de sélection orienté vers la recherche de gènes de résistance à l'égard des pourritures bactériennes, dans la détermination des effets possibles d'autres facteurs, et de l'influence des traitements chimiques sur la sensibilité aux pourritures humides.

     

Evaluation of procedures for detection of pectolyticErwinia spp. on potato tubers

The effectiveness of a tuber incubation method for detection ofErwinia carotovora var.atroseptica andE. carotovora var.carotovora in potato tubers was compared with a lenticel sampling procedure. In the first method, tubers were injured by puncturing lenticels with sterile toothpicks, then wrapped in moist paper towels and polyvinylidene film, and placed in closed chambers flushed with N₂. In later experiments, wrapping tubers in two layers of polyvinylidene film and incubation in air was found to be as effective as the single layer of polyvinylidene and incubation in chambers flushed with N₂. Isolations were made on a selective crystal violet pectate (CVP) medium from homogenized samples of tissue removed from soft rot lesions developing around injured lenticels. In the second method, 10 lenticels/tuber were aseptically removed with a scalpel and homogenized in distilled water; the suspension was plated on CVP. The first method was less tedious and slightly more effective than the lenticel sampling method. In a preliminary survey, these methods were used to detectErwinia infestations in small samples of certified seed potato tubers from Maine, Minnesota, Montana, New York, North Dakota, and Wisconsin. PectolyticErwinia spp. were detected in at least one sample from each state except Montana. The percentage of tubers withErwinia infestations varied from 0–100% among samples. Characterization ofErwinia isolates showed that bothE. carotovora var.carotovora andE. carotovora var.atroseptica were present. PectolyticErwinia spp. on symptomless potato seed tubers may serve as inoculum sources for blackleg and soft rot diseases.     

A comparative study in five laboratories on detection ofClavibacter michiganensis subsp.sepedonicus in potato stems and tubers

Summary Potato stems and tubers grown in the field from seed tubers inoculated withClavibacter michiganensis subsp.sepedonicus, which causes bacterial ring rot, were tested by indirect, sandwich enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) in five laboratories. Correlation between values for each experimental treatment from the five laboratories was greater (r=0.86) than correlation between values for individual samples (r=0.71). When three or more laboratories obtained ELISA values of ≥0.200 for a sample, that sample was presumed to be positive. Conversely, when three or more laboratories obtained ELISA values <0.200, the consensus determination was regarded as negative. The percentage of stem and tuber samples that were in agreement with the consensus ELISA determination varied from 65.5 to 96.7%. Indirect immunofluorescence tests, conducted on the same samples in two laboratories, were consistent with 83.4–91.9% of the consensus ELISA determinations. Presence or absence ofC.m. sepedonicus was confirmed in some samples by an eggplant bioassay and direct isolatiion of the bacterium. The ELISA procedure was well suited for screening large numbers of samples and this study confirms it to be a promising procedure in routine indexing of seed potatoes forC.m. sepedonicus.     

Detection ofClavibacter michiganensis subsp.sepedonicus in potato stems and tubers grown from seed pieces with various levels of inoculum

Summary An indirect sandwich enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) was used to monitor potato stems of three cultivars for the presence of the ring rot pathogen,Clavibacter michiganensis subsp.sepedonicus, during the growing season and in progeny tubers after harvest. The highest ELISA values were obtained with the highest concentration of bacteria used to inoculate seed pieces in all cultivars tested. Low ELISA values were obtained for stems and progeny tubers selected from plants grown from seed inoculated at lower bacterial concentrations. Estimates of bacterial densities in stems and progeny tubers by immunofluorescence indicated that low ELISA values were most probably caused by low bacterial numbers. It is suggested that the sensitivity of ELISA for detecting the ring rot pathogen in potato stems and progeny tubers is a function of the concentration of bacteria in individual seed pieces.     

Reuse of dredged material as a way to tackle societal challenges

Sediment is a natural resource that provides the foundation for living, working and building in lowland delta areas. A sustainable society, therefore, reuses dredged material as a valuable resource. Such reuse matches perfectly to the philosophy of a circular economy. However, it is not yet a common practice. Why is this, what are the bottlenecks and how do we overcome them? Here, we use the Netherlands as an example to illustrate possible solutions to these questions, although we believe that our messages and recommendations can be applied generically.