Caracterização da comunidade bacteriana associada ao cultivo de arroz (Oryza sativa L.) e estudo da interação bactéria-planta na promoção do crescimento vegetal

Abstract

O arroz (Oryza sativa L.) é um dos alimentos mais importantes para a nutrição humana, sendo a base alimentar de mais de três bilhões de pessoas no mundo. O Brasil está entre os principais produtores mundiais de arroz e o estado do Rio Grande do Sul é o maior produtor brasileiro. O nitrogênio é considerado um nutriente limitante para a produção de arroz, o que provoca o intenso uso de fertilizantes químicos nessa cultura, uma prática altamente prejudicial ao meio ambiente. Neste contexto, têm-se procurado novas tecnologias que visam o aumento de produtividade, a melhoria da qualidade e a rentabilidade no cultivo dessa gramínea. Uma das alternativas para o aumento da produção é a utilização de bactérias promotoras do crescimento vegetal. Bactérias promotoras do crescimento vegetal (Plant growth-promoting bacteria, PGPB) são bactérias que podem promover o crescimento de plantas e induzir a tolerância para diferentes estresses, através de uma grande variedade de mecanismos. Os objetivos deste estudo foram isolar e caracterizar putativas PGPBs associadas ao solo rizosférico e raízes de arroz, cultivado em diferentes regiões produtoras do sul do Brasil, bem como de cultivares de arroz que apresentam diferentes níveis de tolerância ao excesso de ferro, cultivadas em duas regiões: Camaquã (solo com excesso de ferro) e Cachoeirinha (controle para o excesso de ferro). Os isolados bacterianos foram avaliados para a produção de compostos indólicos, sideróforos, ACC deaminase e solubilização de fosfato. A fixação biológica do nitrogênio in vitro foi avaliada para os isolados bacterianos usados em experimentos de inoculação em câmara de crescimento e a campo em Cachoeira do Sul e/ou Camaquã. Seiscentos e sessenta e cinco estirpes bacterianas foram seletivamente isoladas com base no seu desenvolvimento em meio seletivo e foram identificadas por análise parcial do gene 16S rRNA e metodologia de sequenciamento. Estirpes pertencentes aos gêneros Enterobacter e Burkholderia foram as mais abundantes entre os isolados Gram negativos, enquanto que aquelas pertencentes aos gêneros Paenibacillus e Bacillus foram as mais abundantes entre os isolados Gram positivos. Um grande número de PGPBs de diferentes gêneros bacterianos apresentou diferentes características promotoras de crescimento vegetal. Produtores de compostos indólicos foram os mais abundantes entre os isolados. Plantas de arroz inoculadas com os isolados Herbaspirillum sp. (AC32), Burkholderia sp. (AG15), Pseudacidovorax sp. (CA21) e Azospirillum sp. (UR51) em conjunto com a metade da dose de fertilizante nitrogenado (60 kg de ureia ha-1) atingiram resultados semelhantes àquelas tratadas com a dose total de fertilizante, sem inoculação (120 kg de ureia ha-1). Estirpes pertencentes aos gêneros Burkholderia, Chryseobacterium, e Paenibacillus apresentaram potencial para promover o crescimento da planta e a captação de nutrientes, em diferentes condições de ferro. Neste trabalho, a inoculação de arroz através da utilização de estirpes bacterianas confirmou o potencial dessas bactérias em interagir positivamente com o arroz.

Rice (Oryza sativa L.) is one of the most important crops for human nutrition been the food base for more than three billion of people in the world. Brazil is one of the top rice producers and Rio Grande do Sul state is the biggest producer in Brazil. Nitrogen is the most frequent limiting nutrient for rice production and the chemical fertilization usage is among agricultural practices that are most prejudicial to environment. New technologies are being search to increase productivity, to improve quality and profitability in the cultivation of this grass. One of the alternatives for the increase in rice production is the use of plant-growth-promoting bacteria. Plant growthpromoting bacteria (PGPB) are bacteria that can enhance plant growth and induce tolerance in plants under different stresses using a wide variety of mechanisms. The objectives of this study were to isolate and characterize putative PGPBs associated with rhizospheric soil and roots of rice plants cropped in different areas of southern Brazil, as well of rice cultivars that present distinct tolerance to iron toxicity grown in two areas: one with a well-established history of iron toxicity (Camaquã) and another without iron toxicity (Cachoeirinha). Bacterial isolates were evaluated for their ability to produce indolic compounds, siderophores, ACC deaminase, and solubilize phosphate. In vitro biological nitrogen fixation was evaluated for bacterial isolates used in the inoculation experiments in a growth chamber and under field conditions in Cachoeira do Sul and/or Camaquã. A total of 665 bacterial strains were selectively isolated based on their growth in selective media and were identified by analysis of the 16S rRNA gene and partial sequencing methodologies. Strains belonging to the Burkholderia and Enterobacter genera were the most abundant among all the Gram negative isolates whereas those belonging to Paenibacillus and Bacillus genera were the most abundant among the Gram positive isolates. A large number of PGPBs belonging to different bacterial genera presented several plant growth promotion traits. Indolic compounds producers were widely found among isolates. Plants inoculated with isolates Herbaspirillum sp. (AC32), Burkholderia sp. (AG15), Pseudacidovorax sp. (CA21), and Azospirillum sp. (UR51) together with half-fertilization level (60 kg of urea ha-1) achieved growth similar to those that received the full-fertilization level without inoculation (120 kg of urea ha-1). Strains belonging to Burkholderia, Chryseobacterium, and Paenibacillus genera presented the potential to promote the plant growth and nutrient uptake in different iron conditions. In this work, the rice inoculation through the utilization of bacterial strains confirmed the bacterial potential to positively interact with rice.