EVALUATION OF SUBSTRATES AND AMF SPORULATION IN THE PRODUCTION OF SEEDLINGS OF NATIVE FOREST SPECIES

ABSTRACT The objective of this study was to evaluate organic substrates in the production of canafistula (Peltophorum dubium) (Spreng.) Taub, cutieira (Joannesiaprinceps Vell.), jatoba (Hymenaea courbaril L.) and rubber tree (Hevea brasiliensis M. Arg.) seedlings, native trees with potential use in forest restoration programs. The design was completely randomized with 10 substrate formulations with 4 repetitions of 3 plants for the four species. The evaluated substrates consisted of soil, bovine manure (BM), poultry manure (PM), chemical fertilizer (CF) and sand, in different proportions. The experiment was concluded at the end of 180 days for canafistula, cutieira and rubber and 210 days for jatoba. At the end of these periods, the root (RDM), shoot (SDM) and total (TDM) the dry matters of the seedlings were determined. Quantification of AMF spores and normalization between samples through SPORES/RDM correction were also performed. The Scott-Knott test at 5% probability was applied. Regarding biomass production, only canafistula had significant difference among the tested substrates. In relation to sporulation, the highest values were observed in cutieira and rubber tree in substrate containing PM. The substrates composed of 40 or 50% soil + 20% sand + 30% or 40 PM for canafistula; 50% soil + 20% sand + 30% PM for cutieira; and for jatoba and rubber tree 60% soil + 20% sand + 20% PM, enabled the best results in terms of biomass production in seedlings and AMF sporulation.

Ação do trifluralin na micorrização e crescimento de plantas de amendoim (Arachis hypogaea)

O amendoim (Arachis hypogaea) é uma planta que durante as fases iniciais do seu desenvolvimento sofre mais intensamente a competição das plantas daninhas, prejudicando sensivelmente sua produção. Uma forma muito eficiente de solucionar esse problema é o uso do herbicida trifluralin; no entanto, seu uso pode prejudicar a micorrização, uma associação benéfica formada por fungos e raízes da planta hospedeira. Este trabalho objetivou avaliar o efeito do herbicida trifluralin e de duas espécies de fungos micorrízicos (Gigaspora margarita e Acaulospora scrubiculata) na micorrização e no crescimento inicial de plantas de amendoim. O trabalho foi realizado na casa de vegetação do Centro de Ciências Agrárias, Ambientais e Biológicas da Universidade Federal do Recôncavo da Bahia, no município de Cruz das Almas - BA. Utilizou-se o cultivar de amendoim Vagem Lisa. Os tratamentos testados envolveram aplicação (C/H) ou não (S/H) de herbicida e inoculação individual de dois fungos micorrízicos: Gigaspora margarita (F1) e Acaulospora scrubiculata (F2), sendo os seguintes: S/H + F1, S/H + F2, C/H + F1, C/H + F2, C/H S/F (sem fungo) e S/H S/F. O delineamento experimental foi inteiramente ao acaso, em esquema fatorial (2 x 2) + 2, com quatro repetições. Os resultados mostraram que a colonização micorrízica para Gigaspora margarita foi de 63% e, quando se aplicou o herbicida, de 44%; Acaulospora scrubiculata apresentou baixo índice de colonização (5,75% e 1%, sem e com herbicida, respectivamente); a eficiência micorrízica foi superior na associação com G. margarita; a dependência micorrízica foi aumentada na presença do herbicida para as duas espécies de fungo inoculadas; a altura da planta, o volume de raízes, a massa seca da parte aérea e das raízes e a massa seca da planta foram superiores aos dos demais tratamentos. Conclui-se que o herbicida trifluralin prejudica a micorrização e o crescimento inicial das plantas de amendoim. A espécie de fungo Gigaspora margarita promove o crescimento inicial das plantas de amendoim, porém a espécie Acaulospora scrubiculata não foi eficiente para promover esse crescimento.

Soil microorganisms and their role in the interactions between weeds and crops

The competition between weeds and crops is a topic of great interest, since this interaction can cause heavy losses in agriculture. Despite the existence of some studies on this subject, little is known about the importance of soil microorganisms in the modulation of weed-crop interactions. Plants compete for water and nutrients in the soil and the ability of a given species to use the available resources may be directly affected by the presence of some microbial groups commonly found in the soil. Arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) are able to associate with plant roots and affect the ability of different species to absorb water and nutrients from the soil, promoting changes in plant growth. Other groups may promote positive or negative changes in plant growth, depending on the identity of the microbial and plant partners involved in the different interactions, changing the competitive ability of a given species. Recent studies have shown that weeds are able to associate with mycorrhizal fungi in agricultural environments, and root colonization by these fungi is affected by the presence of other weeds or crops species. In addition, weeds tend to have positive interactions with soil microorganisms while cultures may have neutral or negative interactions. Competition between weeds and crops promotes changes in the soil microbial community, which becomes different from that observed in monocultures, thus affecting the competitive ability of plants. When grown in competition, weeds and crops have different behaviors related to soil microorganisms, and the weeds seem to show greater dependence on associations with members of the soil microbiota to increase growth. These data demonstrate the importance of soil microorganisms in the modulation of the interactions between weeds and crops in agricultural environments. New perspectives and hypotheses are presented to guide future research in this area.

Mycorrhizal Association and Microbial Activity of Soil Cultivated with Cassava After Application of Mesotrione and Fluazifop-p-Butyl

Soil is a very heterogeneous environment that allows the establishment of wide range of microorganisms populations, whose balance is affected by biotic and abiotic factors. This study has aimed to assess the effect of doses of mesotrione and fluazifop-p-butyl herbicides and two assessment periods on microbial activity and biomass of soil cultivated with cassava Cacau-UFV cultivar, besides the root colonization by arbuscular mycorrhizal fungi. Two trials were conducted in a protected environment where was realized post-emergence application of mesotrione in the doses of 72, 108, 144 and 216 g ha-1 and fluazifop-p-butyl in the doses of 100, 150, 200 and 300 g ha-1, besides a control without application. Soil samples were collected for determination of soil respiratory rate (RR), microbial biomass carbon (MBC), metabolic quotient (qCO2), and colonization of roots by arbuscular mycorrhizal fungi at the 30 and 60 days after applications (DAA) of the herbicides. Fluazifop-p-butyl increased the RR, MBC and the percentage of cassava roots colonized by mycorrhizal fungi in the assessment performed at 60 DAA. The larger effects of mesotrione on soil microbial indicators were up to 30 DAA, being the changes minimized at 60 DAA. It is concluded that the herbicides alter the soil microbial indicators, with effects dependent of the product, of dose applied and also of the period of assessment.

Potencial de infectividade de fungos micorrízicos arbusculares oriundos de área de caatinga nativa e degradada por mineração, no Estado da Bahia, Brasil

Os objetivos deste trabalho foram quantificar o número de esporos e o número mais provável de propágulos infectivos de FMA em solos da mineradora Caraíba, verificando influências sazonais na dinâmica desses propágulos e determinando os efeitos da mineração sobre o potencial de infectividade micorrízica. Foram realizadas coletas de solo na estação seca (agosto/98) e na chuvosa (fevereiro/99), em seis sub áreas da mineradora de cobre: 1 - local onde é depositado o rejeito; 2 - arredores da área industrial; 3 - local onde são depositados restos de rocha com pouco minério; 4 - caatinga nativa, não impactada; 5 - interface entre a caatinga e o rejeito; 6 - local onde foi retirada a camada superficial do solo. Foram identificadas 32 espécies de plantas num raio de dois metros, a partir dos pontos de coleta de solo. Maior diversidade (21 espécies) foi encontrada na sub área 4 e menor (2 espécies) na sub área 3. As sub áreas 1, 3 e 5 apresentaram o menor número de esporos (< 1 por g de solo), possivelmente devido aos elevados valores de Cu e Fe e ao pH mais alcalino. Em geral a densidade dos esporos e o número de propágulos infectivos foram baixos (< 2 por g de solo). Não houve diferença significativa entre o número de esporos nas estações seca e chuvosa, a não ser para a sub área 6. Entretanto, houve variação entre as sub áreas, com diferenças significativas nas duas estações do ano.

Anatomical and ultrastructural aspects of root and mycorrhiza of Anadenanthera peregrina (L.) Speg. var. falcata (Benth.) Altschul (Leguminosae-Mimosoideae)

A. peregrina var. falcata form mutualistic symbiosis with arbuscular mycorrhizal fungus. An anatomical and ultrastructural study was carried out to analyze some aspects of this simbiotic association as well as some root features. The results evidenced the presence of fibers with non-lignified thicked secondary walls in the stele and sparse papillae on root surface. A. peregrina var. falcata mycorrhizas presented features of Arum-type (intercellular hyphae) and Paris-type (extensive coils) arbuscular mycorrhiza. Their general appearance with extraradical hyphae, intracellular coils, intercellular hyphae and arbuscules, is in agreement with arbuscular mycorrhizas of several plants. The ultrastructural observations showed that in intercellular hyphae and arbuscules vacuoles were dominant and that in rough endoplasmatic reticulum and small vesicles seems to be associated with arbuscule senescence process.

Efeitos da poluição aérea e edáfica no sistema radicular de Tibouchina pulchra Cogn. (Melastomataceae) em área de Mata Atlântica: associações micorrízicas e morfologia

O efeito dos poluentes aéreos, oriundos do complexo industrial de Cubatão, Estado de São Paulo, foi analisado em plantas de Tibouchina pulchra de três áreas com diferentes níveis de poluição. Utilizaram-se sistemas radiculares de espécimes dos biomonitoramentos passivo e ativo, além daqueles das câmaras de topo aberto (ar filtrado e ar não filtrado). Dados quantitativos do sistema radicular, a diversidade de fungos micorrízicos arbusculares (FMAs), a porcentagem de colonização das raízes e a quantidade de esporos presentes no solo da rizosfera foram avaliados. Os resultados demonstraram haver nos indivíduos sujeitos aos maiores índices de poluição: - aumento da colonização micorrízica arbuscular; - maiores diversidade e abundância de espécies de FMAs; - tendência de redução no desenvolvimento do sistema radicular, principalmente em relação ao comprimento e às raízes lenhosas; - tendência de aumento na quantidade de raízes de pequeno calibre. Os resultados confirmaram a tolerância da espécie ao estresse causado pelos poluentes, demonstrando que essa tolerância pode ser reduzida quando a ação dos mesmos ocorre pelas vias aérea e edáfica.

Étude du polymorphisme intra- et inter-spécifique du gène β-tubuline chez des espèces de champignons mycorhiziens à arbuscules en vue de développer des marqueurs moléculaires

Les champignons mycorhiziens à arbuscules (CMA), classés dans le phylum Glomeromycota, ne peuvent pas être facilement identifiés par la morphologie de leurs spores et leurs mycélia à l'intérieur ou à l'extérieur des racines de leurs hôtes. Ce problème fondamental d'identification rend l'étude de leur diversité, en particulier dans leur habitat naturel (sol et racine) extrêmement difficile. Les gènes ribosomaux ont été largement utilisés pour développer des amorces spécifiques et en inférer des arbres phylogénétiques. Cependant, ces gènes sont très polymorphes et existent en plusieurs copies dans le génome des CMA, ce qui complique l’interprétation des résultats. Dans notre étude, nous avons étudié le polymorphisme intra- et inter-spécifique du gène β-tubuline, présent en faible nombre de copies dans le génome des CMA, afin d’obtenir de nouvelles séquences nucléotidiques pour développer des marqueurs moléculaires. Les gènes β-tubuline amplifiés à partir de l'ADN génomique de cinq espèces du genre Glomus ont été clonés et séquencés. L’analyse des séquences indique un polymorphisme intraspécifique chez trois espèces de CMA. Deux séquences paralogues très variables ont été nouvellement identifiées chez les G. aggregatum, G. fasciculatum et G. cerebriforme. Aucun polymorphisme n’a été détecté chez les G. clarum et G. etunicatum. Toutes les séquences montrent la présence de deux introns hautement variables. La majorité des substitutions ont été localisées dans les exons et sont synonymes à 90%. La conservation des acides aminés suggère un niveau élevé de sélection négative sur le gène β-tubuline et nous permet de confirmer que les CMA représentent un ancien groupe fongique (400 million d’années). L’analyse phylogénétique, réalisée avec vingt et une séquences nucléotidiques du gène β-tubuline, a révélé que les séquences des Glomaceae forment un groupe monophylétique bien supporté, avec les Acaulosporaceae et Gigasporaceae comme groupe frère. Les séquences paralogues nouvellement identifiées chez les G. aggregatum et G. fasciculatum n'ont pas été monophylétiques au sein de chaque espèce. Les oligonucléotides ont été choisis sur la base des régions variables et conservées du gène β-tubuline. Le test PCR des amorces β-Tub.cerb.F/ β-Tub.cerb.R a révélé des bandes spécifiques de 401 pb pour les séquences paralogues du G. cerebriforme. Deux paires d’amorces ont été développées afin d’identifier les séquences du groupe nommé Tub.1. Les tests PCR nous ont permis d’identifier certaines séquences du groupe Tub.1. Une paire d’amorce β-Tub.2.F/ β-Tub.2.R nous a permis d’identifier certaines séquences paralogues du groupe nommé Tub.2. L’analyse d’autres gènes combinée à celle du gène β-tubuline permettra le développement de marqueurs moléculaires plus spécifiques pour l’identification de CMA.

Impacts de la fertilisation phosphatée sur la biodiversité microbienne de sols agricoles

La fertilisation phosphatée est très répandue dans les pratiques agricoles Nord-Américaines. Bien que généralement très efficace pour augmenter la production végétale, son utilisation peut engendrer certaines contaminations environnementales. Afin de diminuer ce problème, plusieurs pratiques de gestion sont envisagées. Parmi celles-ci, on retrouve l’intéressante possibilité de manipuler la flore microbienne car cette dernière est reconnue pour son implication dans bons nombres de processus fondamentaux liés à la fertilité du sol. Cette étude a démontré que lors d’essais en champs, la forme de fertilisant ajouté au sol ainsi que la dose de phosphore (P) appliquée avaient un impact sur la distribution des microorganismes dans les différentes parcelles. Une première expérience menée sur une culture de luzerne en prairie semi-aride a montré que les échantillons provenant de parcelles ayant reçu différentes doses de P présentaient des différences significatives dans leurs communautés bactériennes et fongiques. La communauté de CMA est restée similaire entre les différents traitements. Une deuxième expérience fut menée pendant trois saisons consécutives afin de déterminer l’effet de différentes formes de fertilisation organiques et minérale ajustées selon une dose unique de P sur les populations bactériennes et fongiques d’une culture intensive de maïs en rotation avec du soja. Les résultats des analyses ont montrés que les populations varient selon le type de fertilisation reçu et que les changements sont indépendants du type de végétaux cultivé. Par contre, les populations microbiennes subissent une variation plus marquée au cours de la saison de culture. La technique de DGGE a permis d’observer les changements frappant la diversité microbienne du sol mais n’a permis d’identifier qu’une faible proportion des organismes en cause. Parallèlement à cette deuxième étude, une seconde expérience au même site fut menée sur la communauté de champignons mycorhiziens à arbuscules (CMA) puisqu’il s’agit d’organismes vivant en symbiose mutualiste avec la majorité des plantes et favorisant la nutrition de même que l’augmentation de la résistance aux stress de l’hôte. Ceci permit d’identifier et de comparer les différents CMA présents dans des échantillons de sol et de racines de maïs et soja. Contrairement aux bactéries et aux champignons en général, les CMA présentaient une diversité très stable lors des différents traitements. Par contre, au cours des trois années expérimentales, il a été noté que certains ribotypes étaient significativement plus liés au sol ou aux racines. Finalement, l’ensemble de l’étude a démontré que la fertilisation phosphatée affecte la structure des communautés microbiennes du sol dans les systèmes évalués. Cependant, lors de chaque expérience, la date d’échantillonnage jouait également un rôle prépondérant sur la distribution des organismes. Plusieurs paramètres du sol furent aussi mesurés et ils présentaient aussi une variation au cours de la saison. L’ensemble des interactions possibles entre ces différents paramètres qui, dans certains cas, variaient selon le traitement appliqué, aurait alors probablement plus d’impact sur la biodiversité microbienne que la seule fertilisation.

Étude de l’interaction entre le champignon mycorhizien Glomus irregulare et les bactéries du sol

Dans cette étude, nous avons isolé et cultivé des bactéries intimement liées aux spores du champignon mycorhizien Glomus irregulare prélevées dans la rhizosphère de plants d’Agrostis stolonifera L. récoltés dans un sol naturel. Le séquençage des 29 morphotypes isolés a révélé la présence de seulement sept taxons bactériens (Variovorax paradoxus, Microbacterium ginsengiosoli, Sphingomonas sp., Bacillus megaterium, B. simplex, B. cereus et Kocuria rhizophila). Des isolats de chacun de ces sept taxons ont ensuite été cultivés in vitro sur le mycélium de G. irregulare afin d’observer par microscopie leur capacité à croitre et à s’attacher au mycélium en absence d’éléments nutritifs autres que ceux fournis par le champignon. Tous les isolats, sauf B. cereus, ont été capables de bien croitre dans le système expérimental et de s’attacher au mycélium en formant des structures ressemblant à des biofilms sur la surface du champignon. Toutefois, B. simplex formait ces structures plus rapidement, soit en 15 jours, alors que les autres isolats les ont formés après 30 jours (K. rhizophila et B. megaterium) ou 45 jours (V. paradoxus, M. ginsengiosoli et Sphingomonas sp.). D’autre part, la technique PCR-DGGE a permis d’analyser la diversité bactérienne associée aux spores. La diversité des taxons associés aux spores de G. irregulare qu’il a été possible d’isoler et de cultiver in vitro a été nettement moindre que celle qui était présente sur la surface des spores, alors que la biodiversité bactérienne totale du sol a été encore beaucoup plus élevée. Les bactéries associées aux champignons mycorhiziens jouent probablement un rôle important dans la capacité des plantes à résister aux stress biotiques et abiotiques auxquels elles sont soumises.

Reproduction et échanges génétiques horizontaux chez les champignons mycorhiziens à arbuscules

3 vidéos sont dans des fichiers complémentaires à ce mémoire

Diversité des champignons endophytes mycorhiziens et de classe II chez le pois chiche, et influence du génotype de la plante

réalisé en cotutelle avec la Faculté des Sciences de Tunis, Université Tunis El Manar.

Molecular biodiversity of microbial communities in polluted soils and their role in soil phytoremediation

Les métaux lourds (ML) s’accumulent de plus en plus dans les sols à l’échelle mondiale, d’une part à cause des engrais minéraux et divers produits chimiques utilisés en agriculture intensive, et d’autre part à cause des activités industrielles. Toutes ces activités génèrent des déchets toxiques qui s’accumulent dans l’environnement. Les ML ne sont pas biodégradables et leur accumulation cause donc des problèmes de toxicité des sols et affecte la biodiversité des microorganismes qui y vivent. La fertilisation en azote (N) est une pratique courante en agriculture à grande échelle qui permet d’augmenter la fertilité des sols et la productivité des cultures. Cependant, son utilisation à long terme cause plusieurs effets néfastes pour l'environnement. Par exemple, elle augmente la quantité des ML dans les sols, les nappes phréatiques et les plantes. En outre, ces effets néfastes réduisent et changent considérablement la biodiversité des écosystèmes terrestres. La structure des communautés des champignons mycorhiziens à arbuscules (CMA) a été étudiée dans des sols contaminés par des ML issus de la fertilisation à long terme en N. Le rôle des différentes espèces de CMA dans l'absorption et la séquestration des ML a été aussi investigué. Dans une première expérience, la structure des communautés de CMA a été analysée à partir d’échantillons de sols de sites contaminés par des ML et de sites témoins non-contaminés. Nous avons constaté que la diversité des CMA indigènes a été plus faible dans les sols et les racines des plantes récoltées à partir de sites contaminés par rapport aux sites noncontaminés. Nous avons également constaté que la structure de la communauté d'AMF a été modifiée par la présence des ML dans les sols. Certains ribotypes des CMA ont été plus souvent associés aux sites contaminés, alors que d’autres ribotypes ont été associés aux sites non-contaminés. Cependant, certains ribotypes ont été observés aussi bien dans les sols pollués que non-pollués. Dans une deuxième expérience, les effets de la fertilisation organique et minérale (N) sur les différentes structures des communautés des CMA ont été étudiés. La variation de la structure de la communauté de CMA colonisant les racines a été analysée en fonction du type de fertilisation. Certains ribotypes de CMA étaient associés à la fertilisation organique et d'autres à la fertilisation minérale. En revanche, la fertilisation minérale a réduit le nombre de ribotypes de CMA alors que la fertilisation organique l’a augmenté. Dans cette expérience, j’ai démontré que le changement de structure des communautés de CMA colonisant des racines a eu un effet significatif sur la productivité des plantes. Dans une troisième expérience, le rôle de deux espèces de CMA (Glomus irregulare et G. mosseae) dans l'absorption du cadmium (Cd) par des plants de tournesol cultivés dans des sols amendés avec trois niveaux différents de Cd a été évalué. J’ai démontré que les deux espèces de CMA affectent différemment l’absorption ou la séquestration de ce ML par les plants de tournesol. Cette expérience a permis de mieux comprendre le rôle potentiel des CMA dans l'absorption des ML selon la concentration de cadmium dans le sol et les espèces de CMA. Mes recherches de doctorat démontrent donc que la fertilisation en N affecte la structure des communautés des CMA dans les racines et le sol. Le changement de structure de la communauté de CMA colonisant les racines affecte de manière significative la productivité des plantes. J’ai aussi démontré que, sous nos conditions expériemntales, l’espèce de CMA G. irregulare a été observée dans tous les sites (pollués et non-pollués), tandis que le G. mosseae n’a été observé en abondance que dans les sites contaminés. Par conséquent, j’ai étudié le rôle de ces deux espèces (G. irregulare et G. mosseae) dans l'absorption du Cd par le tournesol cultivé dans des sols amendés avec trois différents niveaux de Cd en serre. Les résultats indiquent que les espèces de CMA ont un potentiel différent pour atténuer la toxicité des ML dans les plantes hôtes, selon le niveau de concentration en Cd. En conclusion, mes travaux suggèrent que le G. irregulare est une espèce potentiellement importante pour la phytoextration du Cd, alors que le G. mosseae pourrait être une espèce appropriée pour phytostabilisation du Cd et du Zn.

Efficacité d'espèces ligneuses en symbiose mycorhizienne arbusculaire pour la phytoremédiation d'un site urbain contaminé

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Extent of intra-isolate genetic polymorphism in glomus etunicatum using a molecular genetic approach

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal