Persistence of a biocontrol Pseudomonas inoculant as high populations of culturable and non-culturable cells in 200-cm-deep soil profiles

Little is known about the ecology of soil inoculants used for pathogen biocontrol, biofertilization and bioremediation under field conditions. We investigated the persistence and the physiological states of soil-inoculated Pseudomonas protegens (previously Pseudomonas fluorescens) CHA0 (108 CFU g−1 surface soil) in different soil microbial habitats in a planted ley (Medicago sativa L.) and an uncovered field plot. At 72 days, colony counts of the inoculant were low in surface soil (uncovered plot) and earthworm guts (ley plot), whereas soil above the plow pan (uncovered plot), and the rhizosphere and worm burrows present until 1.2 m depth (ley plot) were survival hot spots (105-106 CFU g−1 soil). Interestingly, strain CHA0 was also detected in the subsoil of both plots, at 102-105 CFU g−1 soil between 1.8 and 2 m depth. However, non-cultured CHA0 cells were also evidenced based on immunofluorescence microscopy. Kogure's direct viable counts of nutrient-responsive cells showed that many more CHA0 cells were in a viable but non-culturable (VBNC) or a non-responsive (dormant) state than in a culturable state, and the proportion of cells in those non-cultured states depended on soil microbial habitat. At the most, cells in a VBNC state amounted to 34% (above the plow pan) and those in a dormant state to 89% (in bulk soil between 0.6 and 2 m) of all CHA0 cells. The results indicate that field-released Pseudomonas inoculants may persist at high cell numbers, even in deeper soil layers, and display a combination of different physiological states whose prevalence fluctuates according to soil microbial habitats.

Microbial biomass and soil fauna during the decomposition of cover crops in no-tillage system

The decomposition of plant residues is a biological process mediated by soil fauna, but few studies have been done evaluating its dynamics in time during the process of disappearance of straw. This study was carried out in Chapecó, in southern Brazil, with the objective of monitoring modifications in soil fauna populations and the C content in the soil microbial biomass (C SMB) during the decomposition of winter cover crop residues in a no-till system. The following treatments were tested: 1) Black oat straw (Avena strigosa Schreb.); 2) Rye straw (Secale cereale L.); 3) Common vetch straw (Vicia sativa L.). The cover crops were grown until full flowering and then cut mechanically with a rolling stalk chopper. The soil fauna and C content in soil microbial biomass (C SMB) were assessed during the period of straw decomposition, from October 2006 to February 2007. To evaluate C SMB by the irradiation-extraction method, soil samples from the 0-10 cm layer were used, collected on eight dates, from before until 100 days after residue chopping. The soil fauna was collected with pitfall traps on seven dates up to 85 days after residue chopping. The phytomass decomposition of common vetch was faster than of black oat and rye residues. The C SMB decreased during the process of straw decomposition, fastest in the treatment with common vetch. In the common vetch treatment, the diversity of the soil fauna was reduced at the end of the decomposition process.

Nitrate role in basic cation leaching under no-till

Especially under no-tillage, subsuface soil acidity has been a problem, because it depends on base leaching, which has been associated with the presence of low molecular weigth organic acids and companion anions. The objective of this study was to evaluate exchangeable base cation leaching as affected by surface liming along with annual urea side-dressing of maize and upland rice. Treatments consisted of four lime rates (0, 1500, 3000, and 6000 kg ha-1) combined with four nitrogen rates (0, 50, 100, and 150 kg ha-1) applied to maize (Zea mays) and upland rice (Oryza sativa), in two consecutive years. Maize was planted in December, three months after liming. In September of the following year, pearl millet (Pennisetum glaucum) was planted without fertilization and desiccated 86 days after plant emergence. Afterwards, upland rice was grown. Immediately after upland rice harvest, 18 months after surface liming, pH and N-NO3-, N-NH4+, K, Ca, and Mg levels were evaluated in soil samples taken from the layers 0-5, 5-10, 10-20 and 20-40 cm. Higher maize yields were obtained at higher N rates and 3000 kg ha-1 lime. Better results for upland rice and pearl millet yields were also obtained with this lime rate, irrespective of N levels. The vertical mobility of K, Ca and Mg was higher in the soil profiles with N fertilization. Surface liming increased pH in the upper soil layers causing intense nitrate production, which was leached along with the base cations.

Interação silício e alumínio em plantas de arroz de terras altas cultivadas em solo alumínico

Solos com altos teores de Al tóxico podem causar diversos danos às plantas e, como consequência, diminuir sua produtividade; assim, seu manejo torna-se imprescindível para obter maiores produtividades, e o Si pode ser alternativa para diminuir a toxidez por Al em plantas. O objetivo deste trabalho foi avaliar a interação entre Si e Al em plantas de arroz de terras altas cultivadas em solo naturalmente alumínico de textura média arenosa. O delineamento experimental utilizado foi o de blocos inteiramente casualizados, dispostos em esquema fatorial 2 x 5 com quatro repetições. Os tratamentos empregados foram dois cultivares de arroz de terras altas: BRS Talento (não tolerante ao Al, moderno) e Guarani (tolerante ao Al3+, tradicional), além de cinco doses de Si (0, 30, 60, 90 e 120 mg dm-3) adicionadas ao solo. O Si fornecido ao solo contribuiu amenizando a toxidez por Al em ambos os cultivares, porém só houve acréscimo em produtividade no cultivar BRS Talento. Houve correlação positiva para produtividade de grãos do cultivar BRS Talento e teor de Si nas folhas; já o teor de Al nas folhas correlacionou-se com a produtividade de forma negativa; e também houve correlação negativa entre os teores de Si e Al nas folhas, indicando que há interação entre Si e Al em plantas de arroz.

Propriedades físicas do solo e produtividade de arroz irrigado em diferentes sistemas de manejo

O Estado do Rio Grande do Sul é o maior produtor de arroz irrigado do País, com destaque para a região da Fronteira Oeste. O objetivo deste trabalho foi avaliar propriedades físicas do solo e a produtividade de arroz irrigado por inundação em plantio direto e convencional, em níveis de palha residual de arroz em plantio direto. O delineamento experimental foi inteiramente casualizado, com quatro experimentos e 10 repetições nos experimentos 1, 2 e 3 e seis no experimento 4. Os sistemas de manejo foram: experimento 1 (E1), sistema PD (E1PD) e sistema convencional com duas gradagens na camada de 0-7 cm + remaplan (E1C), em área de um ano de cultivo de arroz, após sete anos de pousio do cultivo de arroz e semeadura de azevém no inverno, com pastejo animal o ano todo; experimento 2 (E2), sistema PD (E2PD) e sistema convencional (E2C), após campo nativo; experimento 3 (E3), sistema PD (E3PD) e sistema convencional (E3C), após plantio direto de arroz irrigado durante dois anos em área de campo nativo; e no experimento 4 utilizaram-se quatro níveis de palha residual antes da semeadura do arroz. A produtividade de arroz irrigado por inundação não diferiu entre os sistemas plantio direto e convencional. A massa seca residual do arroz antes da semeadura não influenciou a produtividade de arroz irrigado por inundação.

Fitomassa e decomposição de resíduos de plantas de cobertura puras e consorciadas

O cultivo de plantas de cobertura, no outono/inverno, na região do Planalto do Rio Grande Sul contribui para o sucesso do sistema plantio direto. No entanto, informações relativas à produção de fitomassa e decomposição de resíduos dessas espécies ainda são escassas para a região, sobretudo para espécies consorciadas. O experimento foi conduzido em Não-Me-Toque, RS, em um Latossolo Vermelho distrófico típico, avaliando-se nove tratamentos, sendo quatro constituídos por plantas de cobertura em culturas puras [centeio (Secale cereale L.), aveia-preta (Avena strigosa Schreb), ervilha forrageira (Pisum sativum subesp. arvense) e nabo forrageiro (Raphanus sativus L. var. oleiferus Metzg)] e cinco por consórcios [(centeio + ervilha forrageira, centeio + nabo forrageiro, aveia + nabo forrageiro, centeio + ervilhaca (Vicia sativa L.) e aveia + ervilhaca)]. A dinâmica de decomposição dos resíduos culturais das plantas de cobertura foi avaliada em bolsas de decomposição, as quais foram distribuídas na superfície do solo e coletadas aos sete, 14, 21, 28, 57, 117 e 164 dias. O consórcio entre leguminosas e crucífera com gramíneas resultou em maior produção de fitomassa em relação ao cultivo destas em culturas puras. O nitrogênio (N) acumulado na parte aérea dos consórcios formados por ervilha forrageira e nabo com centeio e aveia foi semelhante ao da leguminosa e da crucífera em culturas puras e superou em 220,4 % os valores de N observados para as gramíneas em culturas puras. Por meio do consórcio entre as espécies de cobertura foi possível reduzir a taxa de decomposição dos resíduos culturais, em comparação com as culturas puras da leguminosa e da crucífera.

Strategy of specification of management areas: rice grain yield as related to soil fertility

It is well-known nowadays that soil variability can influence crop yields. Therefore, to determine specific areas of soil management, we studied the Pearson and spatial correlations of rice grain yield with organic matter content and pH of an Oxisol (Typic Acrustox) under no- tillage, in the 2009/10 growing season, in Selvíria, State of Mato Grosso do Sul, in the Brazilian Cerrado (longitude 51º24' 21'' W, latitude 20º20' 56'' S). The upland rice cultivar IAC 202 was used as test plant. A geostatistical grid was installed for soil and plant data collection, with 120 sampling points in an area of 3.0 ha with a homogeneous slope of 0.055 m m-1. The properties rice grain yield and organic matter content, pH and potential acidity and aluminum content were analyzed in the 0-0.10 and 0.10-0.20 m soil layers. Spatially, two specific areas of agricultural land management were discriminated, differing in the value of organic matter and rice grain yield, respectively with fertilization at variable rates in the second zone, a substantial increase in agricultural productivity can be obtained. The organic matter content was confirmed as a good indicator of soil quality, when spatially correlated with rice grain yield.

Padrões nutricionais para lavouras arrozeiras irrigadas por inundação pelos métodos da CDN chance matemática

Para o arroz irrigado, poucos trabalhos utilizam métodos de diagnose foliar desenvolvidos para as condições locais de clima, solo ou cultivares. O objetivo deste trabalho foi avaliar os métodos da Diagnose da Composição Nutricional e da Chance Matemática na definição dos padrões nutricionais de lavouras arrozeiras do Estado do Rio Grande do Sul. Resultados de produtividade de grãos e teores foliares de N, P, K, Ca, Mg, S, B, Cu, Fe, Mn, Zn e Mo de 356 lavouras arrozeiras cultivadas sob sistema de irrigação por inundação foram utilizados para a determinação das faixas de suficiência calculadas pelo método da Chance Matemática. As faixas de suficiência foram comparadas com valores críticos propostos pela literatura e com o intervalo de confiança do teor médio dos nutrientes em lavouras consideradas nutricionalmente equilibradas, identificadas pelo método Diagnose da Composição Nutricional. Observou-se pouca concordância entre os valores das faixas de suficiência indicados pelos métodos da Chance Matemática e da Diagnose da Composição Nutricional e os respectivos valores indicados na literatura. A faixa de teores foliares adequados, consistentes com maior produtividade média das lavouras arrozeiras, foi indicada ser de 23 a 28 g kg-1 para N; 11 a 14 g kg-1 para K; 1,4 a 2,0 g kg-1 para S; 6 a 12 mg kg-1 para B; e 70 a 200 mg kg-1 para Fe. Para os teores foliares de P, Ca, Mg, B, Cu, Mn e Zn e Mo nenhuma das faixas adequadas testadas indicou capacidade para distinguir as lavouras arrozeiras quanto à produtividade média.

Estratégias de manejo da palha de azevém para cultivo do arroz irrigado em sucessão

A adoção de sistemas de rotação e sucessão de culturas é um dos pré-requisitos fundamentais para sustentabilidade dos sistemas de produção agrícola. Diante disso, o objetivo deste trabalho foi avaliar os efeitos de época de dessecação do azevém e de dose de adubação nitrogenada, aplicada na semeadura do arroz irrigado em sucessão, como estratégias para viabilizar o uso dessa sucessão em áreas de cultivo de arroz irrigado. O experimento foi conduzido no campo em dois anos agrícolas (2008/09 e 2009/10), em Cachoeirinha, RS, em um Gleissolo Háplico Ta distrófico típico. Utilizou-se o delineamento de blocos casualizados, em parcelas subdivididas, com três repetições. Os tratamentos foram constituídos de quatro épocas de dessecação do azevém (90, 70, 50 e 30 dias antes da semeadura do arroz, no primeiro ano; e 49, 34, 19 e 6, no segundo ano), de cinco sistemas de manejo da adubação nitrogenada no arroz irrigado, obtidos pela combinação de quatro doses de N na semeadura (0, 10, 20 e 40 kg ha-1) e de quatro doses de N em cobertura (150, 140, 130 e 110 kg ha-1), totalizando 150 kg ha-1, e de uma testemunha sem aplicação de N, durante todo o ciclo da cultura. A presença de palha de azevém com as plantas mantidas de pé não prejudica o estabelecimento inicial de plantas de arroz cultivado em sucessão. O rendimento de grãos de arroz irrigado cultivado em sucessão ao azevém não é influenciado pela época de dessecação de azevém e pela dose de N aplicada em semeadura.

Effects of nickel and nitrogen soil fertilization on lettuce growth and urease activity

Nickel is a micronutrient involved in nitrogen metabolism and a constituent of the urease molecule. Plant growth and urease activity were evaluated in lettuce (Lactuca sativa L.) grown in soil-filled pots in a 2 x 8 factorial design with two nitrogen (N) sources and eight Ni rates, with five replications. Nitrogen was applied at 200 mg dm-3 (half the dose incorporated into the soil at seedling transplanting and half top-dressed later) using the sources NH4NO3 (AN) and CO(NH2)2 (Ur). The Ni treatments (0, 2, 4, 8, 12, 16, 24 and 32 mg dm-3) were applied as NiCl2. The shoot dry-matter yield, leaf urease activity, Ni levels in the lettuce leaves and Ni levels extracted from soil with Mehlich-3 (M-3) and DTPA were determined. In the plants supplied with AN, the shoot dry-matter yield was higher than in those supplied with Ur. There was no difference in shoot dry matter in response to soil-applied Ni. The leaf urease activity increased with Ni application, regardless of the N source. The extractions with M-3 and DTPA were efficient to evaluate Ni availability for lettuce in the Red-Yellow Latosol.

Upland rice under no-tillage preceded by crops for soil cover and nitrogen fertilization

The grain yield of upland rice under no-tillage has been unsatisfactory and one reason could be the nitrate/ammonium balance in the soil. Cover crops and nitrogen fertilization can be used to change the nitrate/ammonium relation in the soil and improve conditions for the development of upland rice in the no-tillage (NT) system. The aim was to study the effect of cover crops and nitrogen sources on grain yield of upland rice under no tillage. The study was carried out on the Fazenda Experimental Lageado, in Botucatu, State of São Paulo, Brazil, in an Oxisol area under no-tillage for six years. The experiment was arranged in a randomized block split-plot design with four replications. The plots consisted of six cover crop species (Brachiaria brizantha, B. decumbens, B. humidicola, B. ruziziensis, Pennisetum americanum, and Crotalaria spectabilis) and the split-plots of seven forms of N fertilizer management. Millet is the best cover crop to precede upland rice under NT. The best form of N application, as nitrate, is in split rates or total rate at topdressing or an ammonium source with or without a nitrification inhibitor, in split doses. When the cover crops C. spectabilis, B. brizantha, B. decumbens, B. humidicola, and B. ruziziensis preceded rice, they induced the highest grain yield when rice was fertilized with N as ammonium sulfate source + nitrification inhibitor in split rates or total dose at topdressing.

Carbono e nitrogênio nas frações granulométricas da matéria orgânica do solo, em sistemas de culturas sob plantio direto

A qualidade do solo em plantio direto está relacionada ao sistema de culturas e pode ser avaliada pelo teor de matéria orgânica particulada (>53 ∝m), em razão da funcionalidade que essa fração proporciona ao solo e à sua sensibilidade às diferenças de manejo. Visando estudar a qualidade do solo em sistemas de culturas em plantio direto, este trabalho foi conduzido em experimento de longa duração (21 anos) em Latossolo Vermelho distrófico típico nos Campos Gerais do Paraná. Seis sistemas de culturas foram avaliados, em que trigo-TR (Triticum aestivum L.), soja-SO (Glycine max L.), milho-MI (Zea mays L.), aveia-preta-AV, para cobertura (Avena strigosa Schreb.), ervilhaca-ER, para cobertura (Vicia villosa Roth); azevém-AZ, para feno (Lolium multiflorum Lam.); ou alfafa-AL, para feno (Medicago sativa L.) compuseram os seguintes sistemas: TR-SO (referência), ER-MI-AV-SO-TR-SO, ER-MI-TR-SO, AV-MI-TR-SO, AZ-MI-AZ-SO e AL-MI (milho a cada três anos). Os estoques de carbono orgânico total (COT), nitrogênio total (NT) e de C e N na matéria orgânica (MO) particulada (>53 µm) e associada aos minerais (<53 µm) foram determinados em 0-5, 5-10 e 10-20 cm. O sistema semiperene AL-MI apresentou os maiores estoques de COT e NT na camada de 0-20 cm (63,6 Mg ha-1 COT e 4,6 Mg ha-1 NT), com incrementos anuais de 0,23 Mg ha-1 COT e 0,03 Mg ha-1 NT, em relação ao sistema TR-SO. O sistema AL-MI também teve os maiores estoques de C e N na MO particulada nessa camada (12,5 e 0,91 Mg ha-1, respectivamente), por causa da maior adição de fitomassa pelas raízes e a proteção física dos resíduos orgânicos. Os menores estoques de COT e NT na camada 0-20 cm ocorreram no sistema ER-MI-TR-SO (57,8 Mg ha-1 COT e 4,03 Mg ha-1 NT), sem apresentar incremento anual em relação ao sistema TR-SO. Os estoques de C e N na MO particulada foram de 10,4 e 0,67 Mg ha-1, respectivamente. Essa tendência repetiu-se para as camadas individuais, com diferença significativa entre os sistemas na camada de 0-5 cm e não significativa, para as de 5-10 e 10-20 cm. Na média dos sistemas, a MO particulada contribuiu em torno de 30 % para o estoque total de C na camada 0-5 cm. Rotação de culturas com espécies que tenham sistema radicular ativo por mais tempo, como o sistema semiperene AL-MI, tem potencial de incrementar o estoque total de C e N, especialmente da fração MO particulada, proporcionando funcionalidade ao solo e, consequentemente, qualidade.

Tissue-adapted invasion strategies of the rice blast fungus Magnaporthe oryzae.

Magnaporthe oryzae causes rice blast, the most serious foliar fungal disease of cultivated rice (Oryza sativa). During hemibiotrophic leaf infection, the pathogen simultaneously combines biotrophic and necrotrophic growth. Here, we provide cytological and molecular evidence that, in contrast to leaf tissue infection, the fungus adopts a uniquely biotrophic infection strategy in roots for a prolonged period and spreads without causing a loss of host cell viability. Consistent with a biotrophic lifestyle, intracellularly growing hyphae of M. oryzae are surrounded by a plant-derived membrane. Global, temporal gene expression analysis used to monitor rice responses to progressive root infection revealed a rapid but transient induction of basal defense-related gene transcripts, indicating perception of the pathogen by the rice root. Early defense gene induction was followed by suppression at the onset of intracellular fungal growth, consistent with the biotrophic nature of root invasion. By contrast, during foliar infection, the vast majority of these transcripts continued to accumulate or increased in abundance. Furthermore, induction of necrotrophy-associated genes during early tissue penetration, previously observed in infected leaves, was not seen in roots. Collectively, our results not only report a global characterization of transcriptional root responses to a biotrophic fungal pathogen but also provide initial evidence for tissue-adapted fungal infection strategies.

SOIL FUNGISTASIS AGAINST FUSARIUM GRAMINEARUM UNDER DIFFERENT CROP MANAGEMENT SYSTEMS

Soil management, in terms of tillage and cropping systems, strongly influences the biological properties of soil involved in the suppression of plant diseases. Fungistasis mediated by soil microbiota is an important component of disease-suppressive soils. We evaluated the influence of different management systems on fungistasis against Fusarium graminearum, the relationship of fungistasis to the bacterial profile of the soil, and the possible mechanisms involved in this process. Samples were taken from a long-term experiment set up in a Paleudult soil under conventional tillage or no-tillage management and three cropping systems: black oat (Avena strigose L.) + vetch (Vicia sativa L.)/maize (Zea mays L.) + cowpea (Vigna sinensis L.), black oat/maize, and vetch/maize. Soil fungistasis was evaluated in terms of reduction of radial growth of F. graminearum, and bacterial diversity was assessed using ribosomal intergenic spacer analysis (RISA). A total of 120 bacterial isolates were obtained and evaluated for antibiosis, and production of volatile compounds and siderophores. No-tillage soil samples showed the highest level of F. graminearum fungistasis by sharply reducing the development of this pathogen. Of the cropping systems tested, the vetch + black oat/maize + cowpea system showed the highest fungistasis and the oat/maize system showed the lowest. The management system also affected the genetic profile of the bacteria isolated, with the systems from fungistatic soils showing greater similarity. Although there was no clear relationship between soil management and the characteristics of the bacterial isolates, we may conclude that antibiosis and the production of siderophores were the main mechanisms accounting for fungistasis.

Analysis of bioavailable arsenic in rice with whole cell living bioreporter bacteria.

A multiwell plate bioassay was developed using genetically modified bacteria (bioreporter cells) to detect inorganic arsenic extracted from rice. The bacterial cells expressed luciferase upon exposure to arsenite, the activity of which was detected by measurement of cellular bioluminescence. The bioreporter cells detected arsenic in all rice varieties tested, with averages of 0.02-0.15 microg of arsenite equivalent per gram of dry weight and a method detection limit of 6 ng of arsenite per gram of dry rice. This amounted to between approximately 20 and 90% of the total As content reported by chemical methods for the same sample and suggested that a major proportion of arsenic in rice is in the inorganic form. Calibrations of the bioassay with pure inorganic and organic arsenic forms showed that the bacterial cells react to arsenite with highest affinity, followed by arsenate (with 25% response relative to an equivalent arsenite concentration) and trimethylarsine oxide (at 10% relative response). A method for biocompatible arsenic extraction was elaborated, which most optimally consisted of (i) grinding rice to powder, (ii) mixing with an aqueous solution containing pancreatic enzymes, (iii) mechanical shearing, (iv) extraction in mild acid conditions and moderate heat, and (v) centrifugation and pH neutralization. Detection of mainly inorganic arsenic by the bacterial cells may have important advantages for toxicity assessment of rice consumption and would form a good complement to total chemical arsenic determination.