Department of Biology
Institute for Plant Science and Microbiology
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Biodiversity & Ecology

Research Article    Open Access 

Mechanisms of phosphate solubilisation associated with some rhizobacteria in floodplains, as exemplified by the Okavango Region of Seronga, Botswana

Tabo Mubyana-John*, Lawrence Tarupiwa, Wellington R. L. Masamba & Susan Ringrose

Article first published online: 31 December 2013

DOI: 10.7809/b-e.00283

*Corresponding author contact: mubyanat@mopipi.ub.bw

Biodiversity & Ecology  (Biodivers. Ecol.)

Special Volume: Environmental Assessments in the Okavango Region,
edited by Jens Oldeland, Cynthia Erb, Manfred Finckh & Norbert Jürgens
Volume 5, pages 295–302, Dec 13
  PDF  (2.9 MB)

Keywords: Floodplain; grasses and shrubs; microbial organic acids; Okavango Delta; phosphatase enzyme; soils


Abstract: Soil phosphorus may form insoluble complexes with some basic and acid cations and become unavailable to plants thus limiting plant growth. Both plants and microorganisms employ different mechanisms to make this phosphorus available to them. A study to isolate and assess phosphate solubilising ability of bacteria in the rhizosphere of grasses from the Seronga floodplains in the Okavango Delta, Botswana was conducted. Tentative phosphate solubilising bacteria were isolated from the rhizosphere and rhizoplane of 20 grasses and shrubs from the floodplains. Out of the many isolates, ten that showed maximum solubilising ability on different phosphate mineral agar were selected and studied further. The solubilisation ability was tested on different agar media containing P in possible soil phosphate complexes i.e., KH2PO4, Mg3(PO4)2, Ca3(PO4)2 using zones of phosphate clearance as a solubilisation indicator. The isolates were able to solubilise complexed phosphate on agar media as shown by the zones of clearance. When the isolates were assayed for their phosphatase enzyme production ability in liquid media and quantified using a spectrophotometer, most showed the ability to produce phosphatase in the medium. Growth in liquid potassium phosphate medium also resulted in a significant drop in pH indicating acid production and lowering of pH as possible mechanisms of phosphate solubilisation. Among the modes of action of phosphate solubilisation tested was the isolates ability to produce organic acids in liquid media. Assaying for the presence of organic acids in the isolates’ growth medium showed that they were able to produce a wide range of organic acids ranging from simple ones such as acetic acid to complex ones such as 3-Hydroxy-2-methyl-3-phenylpropionic acid. This study shows that some Seronga grasses and shrubs harbour phosphate solubilising rhizobacteria which may achieve this by producing organic acids that lower the pH in rhizosphere of the plants. The lower pH in turn results in release of phosphates that were bound by basic cations thus making them plant available.


Título: Os mecanismos de solubilização de fosfato associados com algumas rizobactérias em várzeas, como exemplificado na região de Seronga no Okavango, Botswana

Palavras-chave: Ácidos orgânicos microbianos, Delta Okavango, enzima fosfatase, gramíneas e carriços, solos, várzea

Resumo: O fósforo do solo pode formar complexos insolúveis com alguns cátions básicos e ácidos e tornar-se indisponível para as plantas, limitando assim seu crescimento. Plantas e microorganismos utilizam diferentes mecanismos para tornar esse fósforo disponível. Um estudo para isolar e avaliar a capacidade de solubilização de fosfato de bactérias na rizosfera de gramíneas das várzeas Seronga, no delta do Okavango, Botswana, foi realizado. Bactérias de solubilizacão de fosfato experimentais foram isoladas da rizosfera e rizoplano de 20 gramíneas e arbustos das várzeas. Dessas, as dez que mostraram capacidade máxima de solubilização em diferentes meios de ágar de fosfato mineral foram selecionadas e estudadas mais a fundo. A capacidade de solubilização foi testada em diferentes meios de ágar contendo P em possíveis complexos de fosfato do solo, ou seja, KH2PO4, Mg3(PO4)2, Ca3(PO4)2, utilizando zonas selecionadas de fosfato do solo como um indicador de solubilização. As bactérias isoladas foram capazes de solubilizar fosfato complexo em meios de ágar, como mostrado nas zonas selecionadas. Quando foram testadas com relação à sua capacidade de produção de enzima fosfatase em meio líquido e quantificadas usando um espectrofotômetro, a maioria mostrou capacidade de produzir fosfatase no meio. O crescimento em meio de fosfato de potássio líquido também resultou em uma redução significativa no pH, indicando a produção de ácido e diminuição do pH como possíveis mecanismos de solubilização de fosfato. Entre os modos de ação de solubilização de fosfato testados, estava a capacidade das bactérias isoladas em produzir ácidos orgânicos em meio líquido. Testes da presença de ácidos orgânicos no meio de crescimento das bactérias isoladas mostraram que elas foram capazes de produzir grande variedade de ácidos orgânicos que vão desde os mais simples, tal como o ácido acético, aos mais complexos, como o ácido 3-Hidroxi-2-metil-3fenilpropiônico. Este estudo mostra que algumas gramíneas de Seronga abrigam rizobactérias de solubilização de fosfato, que podem fazê-lo através da produção de ácidos orgânicos que reduzem o pH na rizosfera das plantas. O pH mais baixo, por sua vez, resulta em liberação de fosfatos que estavam ligados por cátions básicos tornando-os assim disponíveis para as plantas.

Suggested citation:
Mubyana-John, T., Tarupiwa, L., Masamba, W. R. L., Ringrose, S. (2013): Mechanisms of phosphate solubilisation associated with some rhizobacteria in floodplains, as exemplified by the Okavango Region of Seronga, Botswana. – In: Oldeland, J., Erb, C., Finckh, M., Jürgens, N. [Eds.]: Environmental Assessments in the Okavango Region. – Biodiversity & Ecology 5: 295–302. DOI: 10.7809/b-e.00283.