Isolamento e caracterização de bactérias promotoras de crescimento vegetal de lavouras experimentais de arroz sob diferentes níveis de fertilização

Abstract

A fertilização química é amplamente utilizada para aumento da produtividade de plantações, mas sua produção e uso levaram a severos danos ambientais. Para reduzir o uso de fertilizantes, pode-se fazer uso de bactérias promotoras de crescimento vegetal (Plant Growth Promoting Rhizobacteria, PGPR), que são bactérias associadas a plantas e que melhoram a sua saúde, tamanho e produtividade através de vários mecanismos. A eficiência das PGPR sabidamente flutua com as condições ambientais; porém, há poucos estudos abordando os efeitos da fertilização química nas características de promoção de crescimento dessas bactérias. Neste trabalho foram analisados os efeitos da fertilização a longo prazo na diversidade de 190 linhagens bacterianas isoladas do solo rizosférico e de raízes de arroz, além da ocorrência e níveis de expressão de algumas características de promoção de crescimento vegetal. Os resultados obtidos demonstraram que a fertilização tem pequeno efeito na diversidade bacteriana, mas um grande efeito nas habilidades de solubilização de fosfato e produção de compostos indólicos. Propõe-se que, em condições de ausência de nutrientes, as plantas selecionam bactérias que apresentem boa capacidade de solubilização de fosfato para uma íntima associação com suas raízes, ao invés de bactérias que sejam boas produtoras de compostos indólicos. Quando em condições de disponibilidade moderada de nutrientes as plantas selecionam bactérias que sejam boas produtoras de compostos indólicos, ao invés de boas solubilizadoras de fosfato. Em condições de abundância de nutrientes essa preferência seletiva parece estar desativada. Após sete linhagens bacterianas terem sido testadas para promoção de crescimento vegetal in vivo de arroz em casa de vegetação, as previsões descritas acima foram avaliadas em um experimento a campo. De fato observou-se que bactérias eficientes em solubilizar fosfato promoveram o crescimento das plantas apenas em condições limitadas de nutrientes e que bactérias produtoras de compostos indólicos promoveram o crescimento vegetal apenas em condições de disponibilidade moderada de nutrientes. Quando a disponibilidade de nutrientes foi abundante, a solubilização de fosfato e a produção de compostos indólicos não foram fatores chave para promover o crescimento vegetal. Essas observações podem ser utilizadas para uma prospecção direcionada de PGPRs e seleção antecipada de candidatas à promoção de crescimento vegetal, de acordo com as necessidades da planta e os interesses dos agricultores.

Chemical fertilization is widely used for increased crop productivity, but its production and use lead to serious environmental damage. To reduce the use of fertilizers, one can make use of plant growth promoting rhizobacteria (PGPR), which are plant-associated bacteria that increase plant health, size and yield through various mechanisms. PGPR effectiveness is known to fluctuate with environmental conditions; however, studies regarding the effect of chemical fertilization on plant growth promoting (PGP) traits of PGPR are scarce. In this work, the effects of long-term fertilization on the diazotrophic diversity, occurrence and expression levels of PGP traits from 190 bacterial strains isolated from rhizospheric soil and roots of rice were analyzed. We found that fertilization had a limited effect on diversity but had a major effect on phosphate solubilization and indolic compounds (IC) production abilities. We propose that plants select bacteria that present good phosphate solubilization ability for intimate root association in lieu of good IC production under nutrient-poor conditions and select good IC producers in lieu of good phosphate solubilizers under nutrient-moderate conditions. In nutrient-rich conditions, this selection preference seems to be deactivated. After testing seven selected isolates for effective in vivo plant growth promotion in greenhouse conditions, our predictions were tested in the field. We found that good phosphate solubilizers only promoted growth at nutrient-poor conditions and that good IC producers only promoted growth at nutrient-moderate conditions. In nutrient-rich conditions, phosphate solubilization and IC production were not key factors to promote plant growth. These findings may be used for directed PGPR prospection and anticipated PGPR candidate selection, according to plant needs and farmer interests.