Plant, Microbial and Soil Factors, Determining Nitrogen Fixation in the Rhizosphere

A genotype effect on associative (rhizosphere) N2‐fixation was observed with two cultivars of Sorghum bicolor (nutans) with a maximum rate of 8 μmol C2H4 · h−1 · plant−1 in one genotype compared to 0.9 μmol in the other. Characteristics of the high fixing genotype were a reduced transpiration rate, a lower number of stomata and increased root exudate production per gram root dry weight with higher concentration of dicarboxylic acids. The bacterial rhizosphere composition revealed a three times higher number of N2‐fixing bacteria, a tenfold reduction of actinomycetes and a threefold reduction of Arthrobacter associated with the high fixing cultivar compared to the low fixing genotype. From these and other plant rhizospheres two new nitrogen fixing bacteria, Pseudomonas stutzeri and Erwinia herbicola, were characterized. With the N2‐fixing bacteria Azospirillum brasilense and Klebsiella pneumoniae an enhancement of specific nitrogenase activity by aromatic compounds, for example phenolics, the herbicide alachlor and the insecticide carbofuran was demonstrated. An oscillating nitrogenase activity in Azospirillum brasilense under microaerobic conditions was found, resulting from an encystation and deencystation under those conditions. Experiments with wheat roots demonstrated that reduced oxygen tensions, essential for a maximum rhizosphere N2‐fixation, reduced root growth significantly and altered the N‐metabolism of the roots. Einfluß von pflanzlichen, mikrobiellen und Boden‐Faktoren auf die N2‐Fixierung in der Rhizosphäre Ein Genotypen‐Effekt auf die assoziative (Rhizosphäre) N2‐Fixierung wurde an zwei Sorten von Sorghum bicolor (nutans) mit einer maximalen Fixierungsrate von 8 μmol C2H4 · h−1 · Pflanze−1 in einem Genotyp verglichen mit 0.9 μmol in dem anderen Genotyp nachgewiesen. Merkmale des hoch N2‐fixierenden Genotyps waren eine reduzierte Transpirationsrate und eine niedrigere Zahl von Stomata, eine erhöhte Wurzelexsudation pro Gramm Wurzeltrockengewicht mit einem erhöhten Anteil von Dicarbon‐säuren. Die Untersuchung der bakteriellen Rhizosphärenzusammensetzung zeigte eine dreifach erhöhte Zahl von N2‐fixierenden Bakterien bei der hochfixierenden Sorte, eine Reduktion auf ein Zehntel bei den Actinomyceten und auf ein Drittel bei Arthrobacter‐Anea. Aus diesen und anderen Rhizosphärenböden wurden als neue N2‐fixierende Bakterienarten Pseudomonas stutzeri und Erwinia herbicola charakterisiert. Bei den diazotrophen Bakterien Azospirillum brasilense und Kl