Perception and modification of plant flavonoid signals by rhizosphere microorganisms

Flavonoids are a diverse class of polyphenolic compounds that are produced as a result of plant secondary metabolism. They are known to play a multifunctional role in rhizospheric plant-microbe and plant-plant communication. Most familiar is their function as a signal in initiation of the legume-rhizobia symbiosis, but, flavonoids may also be signals in the establishment of arbuscular mycorrhizal symbiosis and are known agents in plant defence and in allelopathic interactions. Flavonoid perception by, and impact on, their microbial targets (e.g. rhizobia, plant pathogens) is relatively well characterized. However, potential impacts on 'non-target' rhizosphere inhabitants ('non-target' is used to distinguish those microorganisms not conventionally known as targets) have not been thoroughly investigated. Thus, this review first summarizes the conventional roles of flavonoids as nod gene inducers, phytoalexins and allelochemicals before exploring questions concerning 'non-target' impacts. We hypothesize that flavonoids act to shape rhizosphere microbial community structure because they represent a potential source of carbon and toxicity and that they impact on rhizosphere function, for example, by accelerating the biodegradation of xenobiotics. We also examine the reverse question, 'how do rhizosphere microbial communities impact on flavonoid signals?' The presence of microorganisms undoubtedly influences the quality and quantity of flavonoids present in the rhizosphere, both through modification of root exudation patterns and microbial catabolism of exudates. Microbial alteration and attenuation of flavonoid signals may have ecological consequences for below-ground plant-microbe and plant-plant interaction. We have a lack of knowledge concerning the composition, concentration and bioavailability of flavonoids actually experienced by microbes in an intact rhizosphere, but this may be addressed through advances in microspectroscopic and biosensor techniques. Through the use of plant mutants defective in flavonoid biosynthesis, we may also start to address the question of the significance of flavonoids in shaping rhizosphere community structure and function.

Population performance of collembolans feeding on soil fungi from different ecological niches

The potential reproductive value of arbuscular mycorrhizal fungi (Gloinus intraradices and Glomus invermaium), root pathogenic fungi (Rhizoctonia solani and Fusarium culmorum) and saprotrophic fungi (Penicillium hordei and Trichoderma harzianum) were examined for the collembolans Folsomia candida Willem and Folsomia fimetaria L. Dried baker's yeast (Saccharomyces cerevisiae) was used as a reference standard food in laboratory cultures. Collembolan performance was determined as final size, fecundity and population growth rate after when fed the fungal food sources for 31 days. The mycorrhizal fungi gave the least growth and fecundity compared with the other fungi, but G. intraradices gave good fecundity for F. candida. In terms of growth, Baker's yeast was a high-quality food for both adults and juveniles of both species, but it was a poorer food in terms of fecundity of F. candida. Preference of the fungi in all possible pairwise combinations showed that although F. fimetaria did not perform well on Glomus spp. and F. candida did not grow well on Glomus spp. their preference for these fungi did not reflect this. The highest fecundity was seen with the root pathogen F. culmorum. Different quality indicators such as the C:N ratio of the fungal food sources as well as other biological parameters are discussed in relation to their reproductive value and Collembola preferential feeding. (c) 2007 Elsevier Ltd. All rights reserved.

Soil food web properties explain ecosystem services across European land use systems

Intensive land use reduces the diversity and abundance of many soil biota, with consequences for the processes that they govern and the ecosystem services that these processes underpin. Relationships between soil biota and ecosystem processes have mostly been found in laboratory experiments and rarely are found in the field. Here, we quantified, across four countries of contrasting climatic and soil conditions in Europe, how differences in soil food web composition resulting from land use systems (intensive wheat rotation, extensive rotation, and permanent grassland) influence the functioning of soils and the ecosystem services that they deliver. Intensive wheat rotation consistently reduced the biomass of all components of the soil food web across all countries. Soil food web properties strongly and consistently predicted processes of C and N cycling across land use systems and geographic locations, and they were a better predictor of these processes than land use. Processes of carbon loss increased with soil food web properties that correlated with soil C content, such as earthworm biomass and fungal/bacterial energy channel ratio, and were greatest in permanent grassland. In contrast, processes of N cycling were explained by soil food web properties independent of land use, such as arbuscular mycorrhizal fungi and bacterial channel biomass. Our quantification of the contribution of soil organisms to processes of C and N cycling across land use systems and geographic locations shows that soil biota need to be included in C and N cycling models and highlights the need to map and conserve soil biodiversity across the world.

Piriformospora indica reduces Fusarium head blight disease severity and mycotoxin DON contamination in wheat under UK weather conditions

Piriformospora indica (Sebacinaceae) is a cultivable root endophytic fungus. It colonises the roots of a wide range of host plants. In many settings colonisation promotes host growth, increases yield and protects the host from fungal diseases. We evaluated the effect of P. indica on Fusarium head blight (FHB) disease of winter (cv. Battalion) and spring (cv. Paragon, Mulika, Zircon, Granary, KWS Willow and KWS Kilburn) wheat and consequent contamination by the mycotoxin deoxynivalenol (DON) under UK weather conditions. Interactions of P. indica with an arbuscular mycorrhizal fungus (Funneliformis mosseae), fungicide application (Aviator Xpro) and low and high fertiliser levels were considered. P. indica application reduced FHB disease severity and incidence by 70%. It decreased mycotoxin DON concentration of winter and spring wheat samples by 70% and 80% respectively. P. indica also increased above ground biomass, 1000 grain weight and total grain weight. P. indica reduced disease severity and increased yield in both high and low fertiliser levels. The effect of P. indica was compatible with F. mosseae and foliar fungicide application. P. indica did not have any effects on plant tissue nutrients. These results suggest that P. indica might be useful in biological control of Fusarium diseases of wheat.

EVALUATION OF METAL TOXICITY BY A MODIFIED METHOD BASED ON THE FUNGUS GERRONEMA VIRIDILUCENS BIOLUMINESCENCE IN AGAR MEDIUM

Metal cation toxicity to basidiomycete fungi is poorly understood, despite its well-known importance in terrestrial ecosystems. Moreover, there is no reported methodology for the routine evaluation of metal toxicity to basidiomycetes. In the present study, we describe the development of a procedure to assess the acute toxicity of metal cations (Na(+), K(+), Li(+), Ca(2+), Mg(2+), Co(2+), Zn(2+), Ni(2+), Mn(2+), Cd(2+), and Cu(2+)) to the bioluminescent basidiomycete fungus Gerronema viridilucens. The method is based on the decrease in the intensity of bioluminescence resulting from injuries sustained by the fungus mycelium exposed to either essential or nonessential metal toxicants. The assay described herein enables LIS to propose a metal toxicity series to Gerronenia viridilucens based on data obtained from the bioluminescence intensity (median effective concentration [EC50] values) versus metal concentration: Cd(2+) > Cu(2+) > Mn(2+) approximate to Ni(2+) approximate to Co(2+) > Zn(2+) > Mg(2+) > Li(+) > K(+) approximate to Na(+) > Ca(2+), and to shed some li-ht on the mechanism of toxic action of metal cations to basidiomycete fungi. Environ. Toxicol. Chem. 2010;29:320-326. (C) 2009 SETAC

Variáveis microbiológicas e produtividade do feijoeiro sob diferentes manejos do solo e calagem

O objetivo deste trabalho foi quantificar variáveis microbiológicas e produtividade do feijoeiro em razão do manejo do solo e da calagem. Parte de uma área cultivada há 20 anos em plantio direto (PD) foi submetida ao cultivo mínimo (CM), com escarificação a 0,25 m de profundidade, para incorporação do calcário. Os tratamentos consistiram de manejo do solo (PD e CM) e 0 e 2 t ha-1 de calcário dolomítico aplicadas na superfície, com quatro repetições. Os maiores valores de C da biomassa microbiana foram verificados no CM e os de C de CO2 liberado no PD sem calagem. A menor colonização micorrízica e a maior esporulação foram observadas no CM sem calagem. Não foram detectadas diferenças entre os tratamentos em relação à produção de matéria seca, enquanto na produtividade de grãos, o maior valor foi verificado no CM com calagem. É possível evitar a interrupção do PD com aplicação de calcário na superfície, visto que a incorporação do material de cobertura e a calagem pouco alteraram a estabilidade do sistema, conforme comprovado pelos valores estatísticos semelhantes de C do CO2 liberado e pelas pequenas diferenças observadas nas demais variáveis entre manejos.

Contribuição de fungos micorrízicos arbusculares autóctones no crescimento de Guazuma ulmifolia em solo de cerrado degradado

Ensaios foram conduzidos, em casa de vegetação, com solos de pastagem degradada reflorestada e cerrado preservado (controle) visando avaliar a contribuição de fungos micorrízicos arbusculares (FMA) autóctones no crescimento de mutambo (Guazuma ulmifolia Lamb.). As mudas foram transplantadas para sacos de plástico (2 kg) com substratos esterilizados na proporção 4:1 (solo:areia), e o tratamento inoculado recebeu 300 esporos de FMA por saco. A inoculação não proporcionou aumento significativo na produção da matéria seca da parte aérea, matéria fresca das raízes e altura da planta, sugerindo que a G. ulmifolia não é responsiva à micorrização.

Crescimento e micorrização de genótipos de milho em casa de vegetação

O trabalho foi desenvolvido em casa de vegetação com o objetivo de comparar o crescimento e a micorrização por fungos micorrízicos arbusculares (FMA) em nove genótipos de milho, além de verificar o potencial de inóculo de FMA do solo. Coletado de uma área de cerrado sensu stricto ocupada por pastagem degradada, o solo foi adubado, misturado com areia de rio, fumigado e colocado em sacos plásticos (3 kg). Foram semeadas cinco sementes de cada genótipo de milho em 20 sacos, mas apenas 10 receberam cerca de 300 esporos de FMA, coletados do solo de pastagem. Cada saco constituiu-se em uma repetição, com apenas uma planta. As avaliações de altura e diâmetro do caule foram realizadas aos 15, 30, 45 e 60 dias após a emergência, além de massa seca do sistema radicular (MSR) e parte aérea (MSPA), colonização micorrízica (COL) e dependência micorrízica (DM). Concomitantemente, um segundo experimento foi realizado para avaliar o potencial de inóculo de FMA do solo de pastagem, o qual passou por uma diluição seriada de 90%, 80%, 70%, 60%, 50%, 40%, 30%, 20% e 10%, incluindo apenas o solo não esterilizado (100%) e somente solo esterilizado (0%), em sacos plásticos, semeado o híbrido Tractor. Após 60 dias, as raízes foram colhidas para quantificar a colonização micorrízica. A inoculação de FMA acarretou incrementos na produção de matéria seca de forma diferenciada entre genótipos; com Condá, F0, D1 e F8 exibindo os maiores valores de MSPA, enquanto Tractor e D7 os menores valores de MSR. Os genótipos não responsivos ou pouco responsivos quanto à dependência micorrízica tiveram comportamento diferente quanto à COL, com Condá, Sol da Manhã, F0 e D1 proporcionando média de 60%. Verificou-se que a área de pastagem, mesmo degradada, propiciou alto potencial de inóculo, revelado pela alta porcentagem de colonização das raízes por FMA.

Restos vegetais e adubação nitrogenada na micorrização e produtividade do arroz de terras altas em sistema plantio direto

The objective of this research was to verify the influence of plant residues and the nitrogen fertilization in covering on the mycorrhization (colonization and number of spores of the arbuscular mycorrhizal fungi), and grain yield of upland rice grown under a no tillage system. The experiment was conducted at the Experimental Farm Station of Unesp/Ilha Solteira Campus, at Selviria (Mato Grosso do Sul State). In the main plots, the leguminous were tested: sun hemp (Crotalaria juncea L.), pigeon pea (Cajanus cajan L.) and velvet bean (Stizolobium aterrimum Piper & Tracy) and the grass: corn (Zea mays L.), millet (Peenisetum americamum L.) and grain sorghum (Sorghum bicolor L.), plus no planted area during the winter, as plant cover. In the subplots, after the rice sowing, the nitrogen fertilization in covering (zero and 75 kg ha(-1) of N at the urea form) was used. The rice grain yield was influenced by the plant residues, but not for the N doses or the interaction. The sorghum grain showed negative influence on the rice productivity. The nitrogen fertilization influenced the number of spores, but not the mycorrhizal colonization or the grain yield, at the time of the crop. Correlation between the studied variable was riot found.

Alterações microbiológicas, de fertilidade e de produtividade do arroz de terras altas em diferentes manejos de solo e água

In Brazil, the upland rice Culture system is predominant, but its water supply depends of precipitation and its distribution. Sol-lie practices or disturbances on soil conditions may cause alterations that call be detected by microorganisms, which are quite sensitive. This experiment was developed to study microbiological alterations (microbial biomass carbon (MBC), released CO2 (C-CO2), metabolic quotient (qCO(2)) and mycorrhization), as well as alterations in soil fertility and productivity of upland rice, cultivated under different soil and water managements. Cultivar BRS Talento was used in the experiment. The experimental design was a completely randomized block design, with four replications, using three soil managements: no-tillage (NT), heavy disk + leveling disk harrowing (HL), and chisel plowing + leveling disk harrowing (CL), plus three water managements: no irrigation (WD0); water depth 1 (WD1), with irrigation at the reproductive and maturation periods; and water depth 2 (WD2), with irrigation throughout the rice cycle. Autochthones arbuscular mycorrhizal fungi proved to be sensitive to soil and water management. The NT presented the highest values for MO, Ca, SB and V% and the lowest for H+A1. This management, together with irrigation at the reproductive and maturation periods of BRS Talento cultivar, promoted goods results for crop yield and microbiology characteristics.

Efeitos alelopáticos de extratos vegetais na germinação, colonização micorrízica e crescimento inicial de milho, soja e feijão

Restos vegetais e liteira podem interferir no desenvolvimento de plantas. Este trabalho objetivou avaliar os efeitos alelopáticos de extratos aquosos de Pinus sp., milheto (Pennisetum americanum (L.) Leeke) e mucuna (Stizolobium aterrimum Piper & Tracy) sobre a germinação, colonização micorrízica e crescimento inicial de milho (Zea mays L.), soja (Glycine max L.) e feijão (Phaseolus vulgaris L.). Os extratos foram elaborados utilizando folhas trituradas. O experimento in vitro empregou papel Germitest umedecido com extratos ou água destilada por sete dias. O experimento em casa de vegetação teve esquema fatorial 3 x 3 x 4, com quatro repetições: três espécies vegetais (soja, milho e feijão), três extratos aquosos (Pinus, milheto e mucuna) e quatro doses de extrato (0,0; 0,5; 1,0; e 2,0 kg L-1). O substrato foi Latossolo Vermelho coletado no município de Selvíria-MS, no bioma Cerrado. Após a semeadura, os vasos receberam, a cada cinco dias, por 45 dias, 50 mL dos extratos. Para a soja, extratos de mucuna e milheto diminuíram o comprimento do hipocótilo e da radícula e os de Pinus aumentaram esses comprimentos. em feijão, o extrato de Pinus diminuiu o comprimento do hipocótilo e da radícula, mas os extratos de mucuna e milheto aumentaram-no. O extrato do milheto reduziu a percentagem e a velocidade de germinação em feijão. Todos os extratos reduziram a colonização micorrízica e o número de esporos de fungos micorrízicos arbusculares em soja, milho e feijão.

Dinâmica sazional de fungos micorrízicos arbusculares (Glomeromycota) em cerradão e brejo de altitude na Chapada do Araripe, CE

Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) are obligatory symbiotic organisms that associate with roots of a large number of plant taxa, and are found in all terrestrial ecosystems. These fungi promote greater tolerance to environmental stresses to associated plant, favoring the establishment of plant communities, especially where soil fertility is a limiting factor, as in the Caatinga, an exclusively Brazilian domain that has been focus of research due to its great biodiversity that can help clarify the history of vegetation in South America. Because of the ecological importance of AMF, the limited number of jobs and the potential diversity of the Caatinga, this work aims to inventory the diversity and determine AMF communities in areas with different faces occurrent in FLONA Araripe, Ceará (CE). The sample collection occurred in four periods at the beginning and end of the dry season (August and December 2011, respectively) and rainy (February and June 2012, respectively) in an area of marsh and woodland altitude of the Araripe, Crato, CE. The glomerosporos were extracted by wet sieving and centrifugation in water and sucrose (50%) mounted between slide and coverslip using PVLG and PVLG + Reagent Melzer. In total, we found 46 species of AMF distributed in eight families and 16 genera: Acaulospora (6), Ambispora (1), Cetraspora (2), Dentiscutata (5), Fuscutata (2), Gigaspora (6), Glomus (13) Intraornatospora (1), Kuklospora (1), Orbispora (1), Paradentiscutata (1), Quatunica (1), Racocetra (1), Scutellospora (2), Septoglomus (2) and a new genus. analysis showed that ecological each area of study has its own seasonal dynamics, with an area of woodland with a greater diversity of species throughout the year, while the marsh elevation showed greater variation in species found among the collection periods, showing that vegetation and rainfall has strong influence on the seasonal dynamics of AMF, as well as the availability of nutrients and soil pH so

Nodulação e micorrização em Anadenanthera peregrina var. falcata em solo de cerrado autoclavado e não autoclavado

Anadenanthera peregrina var. falcata (angico-do-cerrado), uma leguminosa arbórea, forma associações simbióticas com bactérias fixadoras de nitrogênio (rizóbios) e com fungos micorrízicos arbusculares. Com o objetivo de avaliar a eficiência da inoculação de fungos micorrízicos e rizóbios no crescimento inicial de plantas de angico-do-cerrado, crescidas em solo autoclavado e em solo não autoclavado com e sem inoculação, foi desenvolvido um experimento em casa de vegetação, utilizando raízes micorrizadas de milho e uma mistura de isolados de rizóbios como inoculantes. O crescimento das plantas foi influenciado positivamente pela concomitante inoculação do fungo micorrízico e do rizóbio, tendo as plantas desse tratamento apresentado biomassa cerca de 60 % maior do que o controle no décimo mês. A inoculação de apenas um dos microssimbiontes, entretanto, não provocou diferença na produção de biomassa das plantas. A percentagem de colonização micorrízica foi significativamente mais alta e o número de nódulos maior nas raízes das plantas crescidas no solo não autoclavado, ocasionados pela população de fungos e rizóbios nativos. Nesse tratamento, houve pequeno acúmulo de matéria no xilopódio, provavelmente em virtude do dreno fotossintético por parte dos microssimbiontes, e a concentração de P na parte aérea e xilopódio dessas plantas foi cerca de 1,2 e 8 vezes maior, respectivamente, por causa da colonização micorrízica.

Occurrence of symbiotic fungi and rhizospheric phosphate solubilization in weeds

Estudos sobre a ecologia de organismos envolvidos no processo de produção são necessários para o desenvolvimento de uma agricultura sustentável, e hoje, a sustentabilidade está intimamente ligada à rentabilidade de produção. Objetivou-se com este trabalho verificar a ocorrência de fungos micorrízicos arbusculares em plantas daninhas de lavouras brasileiras e avaliar o potencial de solubilização de fosfato inorgânico da microbiota associada. 36 espécies de plantas daninhas foram avaliadas quanto à ocorrência de micorrizas, e 11 foram selecionadas para avaliação do potencial de solubilização total e relativa de fosfato. Todas as espécies apresentaram colonização por micorrizas, inclusive um exemplar da família Brassicaceae, geralmente enquadrada como não micorrizada. Na maioria das espécies, os tipos morfológicos de arbúsculos e enovelados de hifas foram observados, sendo os enovelados mais comuns entre as gramíneas. Fungos endofíticos do tipo dark septate foram visualizados na maioria das plantas. As plantas daninhas apresentaram distintos potenciais de solubilização de P na rizosfera. Amaranthus retroflexus, Bidens pilosa e Leonotis nepetaefolia apresentaram elevados valores de solubilização relativa de fosfato. Este é o primeiro relato de micorrizas e da atividade de solubilização de fosfato em plantas daninhas no Brasil.

Características biológicas do solo indicadoras de qualidade após dois anos de aplicação de biossólido industrial e cultivo de milho

A utilização agrícola de biossólidos tem sido muito incentivada, mas, como esses resíduos apresentam composição química variada, o valor agronômico e os efeitos sobre características indicadoras de qualidade do solo precisam ser avaliados caso a caso, a fim de estabelecer normas de segurança para uso desses materiais. Neste trabalho foram avaliadas características biológicas, após a aplicação, por dois anos consecutivos, de doses crescentes (0, 6, 12, 18 e 24 t ha-1 base seca) de um biossólido gerado por uma indústria de fibras e resinas PET e da adubação mineral completa no cultivo de milho, em um Cambissolo distrófico, comparados aos de uma área adjacente, sob Brachiaria sp. e sem cultivo nos últimos 10 anos, usada como referência. Os valores de C e N da biomassa microbiana, a respiração basal e as atividades das enzimas urease e beta-glicosidase e da hidrólise do diacetato de fluoresceína (FDA) aumentaram, enquanto a atividade da fosfatase ácida diminuiu com a elevação das doses de biossólido, porém estas não tiveram efeito sobre o quociente metabólico (qCO2). A diminuição da atividade da fosfatase se deveu ao aumento da disponibilidade de P no solo, não caracterizando efeito adverso da aplicação do biossólido. Com aplicação de 12 t ha-1 de biossólido (recomendação agronômica), a respiração e a hidrólise da FDA foram maiores e a atividade da fosfatase foi menor que a obtida no solo com adubação mineral, mas as demais características avaliadas não diferiram entre estes tratamentos. A colonização micorrízica de Brachiaria sp. não diferiu entre plantas de crescimento espontâneo nas parcelas anteriormente cultivadas com milho e aquelas da área adjacente. Apesar do menor número de esporos, verificou-se enriquecimento de espécies de fungos micorrízicos arbusculares (FMAs) nas parcelas cultivadas. O carbono orgânico (Corg) e a biomassa microbiana apresentaram alta correlação com os demais parâmetros avaliados, indicando que as alterações na quantidade e qualidade da matéria orgânica, promovidas pela aplicação do biossólido, refletiram na dinâmica da microbiota e influenciaram positivamente os parâmetros biológicos de qualidade do solo.