Produtividade e qualidade fisiológica de sementes de feijão em função de sistemas de manejo de solo e adubação nitrogenada

O fator climático exerce grande influência na produção de sementes de feijão, porém outros fatores como a ação do ambiente solo, conseqüência de seu manejo, associado à nutrição adequada da planta, principalmente de nitrogênio, podem levar a resultados expressivos tanto no ganho de produtividade como na obtenção de produto de qualidade superior. O objetivo deste trabalho foi avaliar a influência de dois sistemas de manejo de solo (preparo convencional e plantio direto) e da adubação nitrogenada de cobertura (0, 40, 80, 120 e 160kg.ha-1 de N) sobre a produtividade e qualidade fisiológica de sementes de feijão, num delineamento experimental em blocos ao acaso em esquema de parcelas subdivididas, com quatro repetições. Verificou-se que a produtividade de sementes é influenciada positivamente pela adubação nitrogenada de cobertura, tanto no sistema de preparo convencional de solo quanto no plantio direto. Nas doses de nitrogênio em cobertura utilizadas, o sistema de preparo convencional de solo apresenta maior produtividade de sementes. Aumento nas doses de nitrogênio em cobertura possibilitam acréscimos na germinação e no vigor das sementes de feijão. O sistema de preparo convencional de solo promove sementes de maior qualidade fisiológica, expressos pelo testes de germinação e envelhecimento acelerado.

Germination, initial growth and cotyledon protein content of bean cultivars under salinity stress

Excess salts in the root zone inhibit water uptake by plants, affect nutrient uptake and may result in toxicities due to individual salts in the soil solution. Excess exchangeable sodium in the soil may destroy the soil structure to a point where water penetration and root aeration become impossible. Sodium is also toxic to many plants. Beans (Phaseolus vulgaris L.) are consumed as protein source in northeastern Brazil, although little is known about common bean cultivar tolerance to salinity. The germination of bean cultivars under salt stress was studied. The cultivars 'Carioca' and 'Mulatinho' were submitted to germination test in a germinator at 25ºC, at the Seed Analysis Laboratory of the Brazilian Agricultural Research Corporation unit in the Semi- Arid region (Embrapa Semi Árido), Petrolina, Pernambuco State. These seeds were germinated on "germitest" papers imbibed in distilled water or in 10, 50, 100 e 200 mol.m-3sodium chloride (NaCl) solutions. At the first and second counts of the germination test, normal seedlings were counted, measured, weighed and dried, supplying data for vigor, total germination, fresh matter weight and dry matter weight and seedlings length. Total protein was quantified in cotyledons at 3, 6 and 9 days after sowing. The results indicated that the NaCl content influenced seed germination and concentrations above 50 mol.m-3 decreased germination and seedling growth.

Análise de imagens na avaliação de danos mecânicos e causados por percevejos em semente de feijão

A possibilidade da utilização da técnica de análise de imagens, para a determinação de danos em semente, é promissora. É um método de precisão, onde a semente é examinada individualmente em imagens capazes de indicar, com detalhes, a área danificada, a localização e a extensão dos danos. Assim, o presente trabalho teve o objetivo de avaliar a eficiência da utilização da técnica de análise de imagens (raios X) na identificação de danos mecânicos e causados por percevejos em semente de feijão e sua relação com a qualidade fisiológica. Os tratamentos foram constituídos por semente de cinco lotes de feijão, cultivar Pérola. Cada lote foi submetido à ação do "BC Impact Simulator, Model 2000", objetivando causar diferentes tipos e intensidades de danos mecânicos. As amostras foram submetidas ao teste de raios X e ao teste de primeira contagem de germinação, a fim de determinar as possíveis relações de causa e efeito entre os danos e a germinação. Paralelamente, foi realizado o teste de tetrazólio, visando comparação com o teste de raios X. Para a análise interpretativa do teste de raios X, foram consideradas a severidade e a localização dos danos mecânicos e dos causados por percevejos. O teste de raios X é eficiente na detecção de danos mecânicos e causados por percevejos em semente de feijão, além de permitir relacionar tais danos com eventuais prejuízos ocasionados à germinação.

Características químicas e fisiológicas de sementes de feijão em função do teor de fósforo na semente e doses de fósforo no solo

Para avaliar o efeito da combinação de teores de fósforo na semente com doses de fósforo aplicadas via solo sobre as características químicas e fisiológicas de semente de feijão, foram avaliadas sementes das cultivares Carioca Precoce e IAC-Carioca Tybatã, produzidas em cultivo "da seca". Na produção das sementes utilizou-se o delineamento experimental em blocos casualizados em esquema fatorial 3x3, correspondente a três teores de fósforo na semente (baixo, médio e alto) e três doses de fósforo, na forma de superfosfato triplo, aplicadas no sulco de semeadura (zero, 90 e 150 kg P2O5 . ha-1), totalizando nove tratamentos para cada cultivar, com cinco repetições. Foram determinados o teor de água e as características químicas (teores de proteína, açúcares total, N, P, K, Ca, Mg, S, Cu, Fe, Mn e Zn) e fisiológicas da semente (germinação e vigor). Os dados obtidos foram submetidos à análise de variância e as médias comparadas pelo teste Tukey, a 5% de probabilidade. A qualidade fisiológica da semente não é favorecida pelos teores de fósforo na semente e no solo, embora esses ocasionem algumas alterações nos teores de nutrientes da semente.

Uso de imagens digitais para avaliação de plântulas de feijão

Com o objetivo de observar o crescimento inicial de feijão, utilizando a avaliação de plântulas por meio de imagens digitais, processadas pelo programa Sigma Scan Pro v. 5.0 e pelo método tradicional de laboratório, foi conduzido o experimento avaliando a influência da temperatura, das cultivares e de diferentes lotes de sementes de feijão (Phaseolus vulgaris L.). O experimento foi conduzido em câmaras climatizadas no Laboratório Didático e de Pesquisas em Sementes do Departamento de Fitotecnia - UFSM, onde foram utilizadas as temperaturas constantes de 10, 15, 20, 25 e 30º C, as cultivares Valente e Uirapuru e quatro lotes com diferentes níveis de qualidade fisiológica, obtidos por meio de envelhecimento acelerado durante períodos de zero, 12, 24 e 36 horas (41º C e 100% de UR do ar). A captação de imagens ocorreu concomitantemente à avaliação visual do crescimento das plântulas, utilizando câmera digital (Sony® 3.2 mp). O delineamento experimental utilizado foi inteiramente ao acaso, com quatro repetições e 10 amostras. Os testes realizados foram: comprimento do hipocótilo e da raiz primária de plântulas normais, por meio do método tradicional e da coleta de imagens digitais das mesmas plantas. A partir dos resultados pode-se considerar que as avaliações de crescimento das plântulas por meio da análise de imagens digitais e pelo procedimento tradicional apresentam resultados semelhantes e são eficientes para a avaliação do vigor de sementes de feijão.

Tolerância cruzada induzida por choque térmico na germinação de semente de feijão

Estresse pode ser definido como um fator externo, que exerce influência desvantajosa sobre a planta. Em regiões tropicais, as culturas agrícolas sofrem estresse abiótico principalmente por períodos de deficiência de água e altas temperaturas. A tolerância cruzada permite as plantas se aclimatarem a uma gama de diferentes estresses após exposição a um estresse específico. O objetivo neste trabalho foi avaliar a tolerância ao estresse hídrico durante a germinação das sementes de feijão sob influência da tolerância cruzada induzida por choque térmico. As sementes de feijão cultivar 'IAPAR 81' foram submetidas ao processo de embebição, em substrato papel umedecido com água pura sob temperatura de 20ºC por 24 horas. A seguir, parte foi mantida nessa temperatura e parte transferida para o choque frio por 24horas a 7ºC no ensaio 1 e 13ºC no ensaio 2 e outra parte para o choque quente por 24 horas a 38oC no ensaio 1 e 33oC no ensaio 2, sem troca do substrato. Tanto as sementes que passaram pelo choque como as que não passaram (controle) foram transferidas para substrato papel simulando diferentes potenciais hídricos, 0; -0,6; -0,9 e -1,2MPa, no ensaio 1 e 0;-0,3; -0,6; -0,9 e 1,2MPa no ensaio 2, induzidos por manitol nas seguintes concentrações: 0; 22,29; 44,58; 66,87 e 89,17 g.L-1. Os tratamentos foram avaliados através da porcentagem de germinação, plântulas anormais, sementes mortas e avaliações do desenvolvimento (massa seca da parte aérea, massa seca de raiz, massa seca total e relação raiz/parte aérea). O melhor desempenho das sementes que passaram por choque, de 7oC por 24h ou de 33oC por 24h, à restrição hídrica no início do desenvolvimento, permite afirmar que ocorre indução de tolerância cruzada e que esta pode ser induzida no início do processo de embebição em sementes de feijão.

Avaliação de danos mecânicos em sementes de feijão por meio da análise de imagens

Dentro do processo de produção de sementes, a ocorrência de danos mecânicos assume grande relevância quanto à perda de qualidade das sementes. Nesse contexto, sementes de feijão da variedade cultivada IAC-Carioca foram submetidas a diferentes números e pressões de impactos mecânicos, utilizando uma máquina simuladora de impactos. Foi utilizado o delineamento inteiramente casualizado e os tratamentos foram definidos a partir do esquema fatorial 2 x 2 x 4 entre época de avaliação (antes e após o armazenamento), pressão de impacto (551,6KPa e 965,3KPa) e número de impactos (0 ou testemunha, 1, 3 e 5 impactos consecutivos) contra uma superfície metálica posicionada a uma distância de 30cm. As sementes foram avaliadas por meio de análise de imagens, utilizando-se imagens fotográficas e de raios X. Paralelamente, também, foram realizados os testes de germinação e de vigor (primeira contagem de germinação, envelhecimento acelerado e teste de frio), anteriormente e após quatro meses de armazenamento. A análise conjunta dos resultados permitiu concluir que o aumento do número e da pressão de impacto está diretamente relacionado à perda do potencial fisiológico da semente de feijão, sendo que o aumento da intensidade proporciona decréscimos maiores e imediatos. Os danos mecânicos ocasionados com a pressão de impacto mais baixa exercem efeitos danosos à semente dependendo da região atingida durante o impacto, porém, em alta pressão de impacto, os prejuízos ao potencial fisiológico são mais acentuados e aumentam significativamente na medida em que se aumenta o número de impactos da semente. A técnica de análise de imagens é de grande utilidade na avaliação de danos mecânicos em sementes de feijão.

Efeitos de potenciais hídricos do substrato e teores de água das sementes na germinação de feijão

Vários são os fatores capazes de afetar a germinação, entre eles, a disponibilidade hídrica e o teor de água nas sementes são importantes. Dessa forma, o presente trabalho teve o objetivo de avaliar o efeito das disponibilidades hídricas do substrato e dos teores de água das sementes na germinação de diferentes cultivares de feijão e verificar a ocorrência de possíveis efeitos de danos por embebição. Os tratamentos foram constituídos de sementes de sete cultivares de feijão: IAC-Tunã, IAC-Ybaté, IAC-Apuã, IAC-Tybatã, IAC-Votuporanga, IAC-Carioca e Carioca com teores de água iniciais na semente de 9, 11 e 13% e submetidos às disponibilidades hídricas do substrato de -0,04, -0,1, -0,2 e -0,4 MPa. Feito isso, foi avaliada a porcentagem de germinação. Concluiu-se que à medida que se reduz os potenciais hídricos, ou seja, com o aumento da deficiência hídrica, a germinação é reduzida para qualquer teor de água nas sementes para os sete cultivares. Em relação ao teor inicial de água nas sementes, não foi verificada sua influência na germinação, ou seja, não foram observados danos por embebição nas condições as quais as sementes foram submetidas.

Inoculação de Curtobacterium flaccumfaciens pv. flaccumfaciens em sementes de feijão por meio da técnica de condicionamento fisiológico

Neste estudo foi testada a técnica de condicionamento fisiológico em meio agarizado para inoculação de Curtobacterium flaccumfaciens pv. flaccumfaciens (Cff) em sementes de feijão. Na primeira etapa, avaliou-se o comportamento das sementes de feijão cultivar Pérola, durante o pré-condicionamento osmótico em substrato agarizado com restrição hídrica. Os tratamentos consistiram em expor, por diferentes períodos de tempo, sementes de feijão desinfestadas a quatro níveis de restrição hídrica do meio 523 (-0,55, -0,75, -0,95 e -1,15 MPa), com o uso de quatro substratos (meio 523, meio 523+KCl, meio 523+manitol e meio 523+sacarose). Como testemunha, utilizou-se o meio 523 sem restrição hídrica (-0,55 MPa). Decorridos os respectivos tempos, avaliou-se a percentagem de sementes com protrusão radicular e, posteriormente, o teor de água, a germinação e os padrões enzimáticos das sementes. Na segunda etapa do estudo, avaliou-se o crescimento de quatro isolados de Cff (Cff DF - Feij-2936, Cff PR - 12768, Cff SC - Feij-2928 e Cff SP - Feij-2634) em substrato agarizado com restrição hídrica. Os tratamentos da terceira etapa foram definidos com base na primeira etapa, em que o melhor tratamento foi o meio 523 com manitol no potencial hídrico de -0,95 MPa e com 48 horas de exposição das sementes no meio agarizado. Na segunda etapa, verificou-se que o isolado de Cff SC (Feij-2928), proveniente do estado de Santa Catarina, apresentou o melhor crescimento no substrato e no potencial hídrico definido na primeira etapa. Portanto, foi possível a inoculação artificial de sementes de feijão com Cff por meio da técnica de condicionamento fisiológico em substrato agarizado, sem o comprometimento de sua qualidade fisiológica.

Parâmetros do teste de envelhecimento acelerado para determinação do vigor de sementes de feijão

O vigor de sementes representa atributos da qualidade fisiológica não revelados pelo teste de germinação. O teste de envelhecimento acelerado é realizado em condições de elevadas temperaturas e umidade relativa do ar por períodos curtos, logo estudos a respeito da utilização de temperaturas de 43 a 45 °C e a redução do período de envelhecimento são possibilidades que merecem reflexão. No estudo foi objetivo a análise dos efeitos de temperaturas e períodos de exposição ao teste de envelhecimento acelerado para identificar o vigor de sementes de feijão e características relativas ao genótipo. O delineamento experimental foi o inteiramente casualizado, foram utilizados 20 genótipos de feijão, sendo que as sementes foram submetidas a cinco períodos de envelhecimento acelerado (12, 24, 36, 48 e 60 h) e três temperaturas (41, 43 e 45 °C). Foram avaliados também germinação, primeira contagem de germinação, velocidade de germinação e emergência de plântulas. Os genótipos de sementes não diferiram quanto ao teste de germinação, no entanto apresentaram níveis distintos de qualidade através do teste de envelhecimento acelerado. O teste de envelhecimento acelerado é conveniente quando realizado a 41 °C/48 h e 43 °C/24 h. É possível a realização do teste de envelhecimento acelerado com utilização de temperatura superior e redução do período de exposição ao teste.

The analysis of Metarhizium robertsii potential as endophytic plant root coloniser, plant growth enhancer and antagonist to bean root pathogen Fusarium solani f. sp. phaseolis.

The soil-inhabiting insect-pathogenic fungus Metarhizium robertsii also colonizes plant roots endophytically, thus showing potential as a plant symbiont. M robertsii is not randomly distributed in soils but preferentially associates with the plant rhizosphere when applied in agricultural settings. Root surface and endophytic colonization of switchgrass (Panicum virgatum) and haricot beans (Phaseolus vulgaris) by M robertsii were examined after inoculation with fungal conidia. Light and confocal microscopies were used to ascertain this rhizosphere association. Root lengths, root hair density and emergence of lateral roots were also measured. Initially, M robertsii conidia adhered to, germinated on, and colonized, roots. Furthermore, plant roots treated with Metarhizium grew faster and the density of plant root hairs increased when compared with control plants. The onset of plant root hair proliferation was initiated before germination of M robertsii on the root (within 1-2 days). Plants inoculated with M robertsii AMAD2 (plant adhesin gene) took significantly longer to show root hair proliferation than the wild type. Cell free extracts of M robertsii did not stimulate root hair proliferation. Longer term (60 days) associations showed that M robertsii endophytically colonized individual cortical cells within bean roots. Metarhizium appeared as an amorphous mycelial aggregate within root cortical cells as well as between the intercellular spaces with no apparent damage to the plant. These results suggested that not only is M robertsii rhizosphere competent but displays a beneficial endophytic association with plant roots that results in the proliferation of root hairs. The biocontrol of bean (Phaseolis vulgaris) root rot fungus Fusarium solani f. sp. phaseolis by Metarhizium robertsii was investigated in vitro and in vivo. Dual cultures on Petri dishes showed antagonism of M robertsii against F. solani. A relative inhibition of ca. 60% of F. solani growth was observed in these assays. Cell free culture filtrates of M robertsii inhibited the germination of F. solani conidia by 83% and the inhibitory metabolite was heat stable. Beans plants colonized by M robertsii then exposed to F. solani showed healthier plant profiles and lower disease indices compared to plants not colonized by M robertsii. These results suggested that the insect pathogenic/endophytic fungus M robertsii could also be utilized as a biocontrol agent against certain plant pathogens occurring in the rhizosphere.

Phylogéographie comparée d’un système multitrophique : les parasitoïdes du genre Horismenus spp. ont-ils échappé au processus de domestication du haricot au Mexique?

Cette étude vise à comparer l’histoire évolutive des parasitoïdes du genre Horismenus (Hymenoptera: Eulophidae) à celle de leurs hôtes bruches (Coleoptera: Bruchidae) et plante hôte (Phaseolus vulgaris L.) cultivée dans le contexte d’agriculture traditionnelle, au sein de son centre de domestication Mésoaméricain. Nous avons analysé la structure génétique de 23 populations de quatre espèces de parasitoïdes au Mexique, en utilisant un fragment du gène mitochondrial COI afin de les comparer aux structures précédemment publiées des hôtes bruches et du haricot commun. Nous avons prédit que les structures génétiques des populations d’hôtes (bruches et plante) et de parasitoïdes seraient similaires puisque également influencées par la migration entremise par l’humain (HMM) étant donnée que les parasitoïdes se développent telles que les bruches à l’intérieur des haricots. Compte tenu des stratégies de manipulation reproductive utilisées par l’alpha-protéobactérie endosymbionte Wolbachia spp. pour assurer sa transmission, la structure génétique des populations de parasitoïdes inférée à partir du génome mitochondrial devrait être altérée conséquemment à la transmission conjointe des mitochondries et des bactéries lors de la propagation de l’infection dans les populations de parasitoïdes. Les populations du parasitoïde H. missouriensis sont infectées par Wolbachia spp. Tel que prédit, ces populations ne sont pas différenciées (FST = 0,06), ce qui nous empêche d’inférer sur une histoire évolutive parallèle. Contrairement aux bruches, Acanthoscelides obtectus et A. ovelatus, la HMM n'est pas un processus contemporain qui influence la structure génétique des populations du parasitoïde H. depressus, étant donné la forte différenciation (FST = 0,34) qui existe entre ses populations. La structure génétique observée chez H. depressus est similaire à celle de sa plante hôte (i.e. dispersion aléatoire historique à partir d'un pool génique ancestral très diversifié) et est probablement le résultat d’un flux génique important en provenance des populations de parasitoïdes associées aux haricots spontanées à proximité des champs cultivés. L’étude de l’histoire évolutive intégrant plusieurs niveaux trophiques s’est avérée fructueuse dans la détection des différentes réponses évolutives entre les membres du module trophique face aux interactions humaines et parasitaires, et montre la pertinence d’analyser les systèmes écologiques dans leur ensemble.

The use of bioluminescence for monitoring in planta growth dynamics of a Pseudomonas syringae plant pathogen

The use of bioluminescence was evaluated as a tool to study Pseudomonas syringae population dynamics in susceptible and resistant plant environments. Plasmid pGLITE, containing the luxCDABE genes from Photorhabdus luminescens, was introduced into Pseudomonas syringae pv. phaseolicola race 7 strain 1449B, a Gram-negative pathogen of bean (Phaseolus vulgaris). Bacteria recovered from plant tissue over a five-day period were enumerated by counting numbers of colony forming units and by measurement of bioluminescence. Direct measurement of bioluminescence from leaf disc homogenates consistently reflected bacterial growth as determined by viable counting, but also detected subtle effects of the plant resistance response on bacterial viability. This bioluminescence procedure enables real time measurement of bacterial metabolism and population dynamics in planta, obviates the need to carry out labour intensive and time consuming traditional enumeration techniques and provides a sensitive assay for studying plant effects on bacterial cells.

Confocal imaging of pseudomonas syringae pv. phaseolicola colony development in bean reveals reduced multiplication of strains containing the genomic island PPHGI-1.

Pseudomonas syringae pv. phaseolicola is the seed borne causative agent of halo blight in the common bean Phaseolus vulgaris. Pseudomonas syringae pv. phaseolicola race 4 strain 1302A contains the avirulence gene hopAR1 (located on a 106-kb genomic island, PPHGI-1, and earlier named avrPphB), which matches resistance gene R3 in P. vulgaris cultivar Tendergreen (TG) and causes a rapid hypersensitive reaction (HR). Here, we have fluorescently labeled selected Pseudomonas syringae pv. phaseolicola 1302A and 1448A strains (with and without PPHGI-1) to enable confocal imaging of in-planta colony formation within the apoplast of resistant (TG) and susceptible (Canadian Wonder [CW]) P. vulgaris leaves. Temporal quantification of fluorescent Pseudomonas syringae pv. phaseolicola colony development correlated with in-planta bacterial multiplication (measured as CFU/ml) and is, therefore, an effective means of monitoring Pseudomonas syringae pv. phaseolicola endophytic colonization and survival in P. vulgaris. We present advances in the application of confocal microscopy for in-planta visualization of Pseudomonas syringae pv. phaseolicola colony development in the leaf mesophyll to show how the HR defense response greatly affects colony morphology and bacterial survival. Unexpectedly, the presence of PPHGI-1 was found to cause a reduction of colony development in susceptible P. vulgaris CW leaf tissue. We discuss the evolutionary consequences that the acquisition and retention of PPHGI-1 brings to Pseudomonas syringae pv. phaseolicola in planta.

In planta conditions induce genomic changes in Pseudomonas syringae pv. phaseolicola

The co-evolution of bacterial plant pathogens and their hosts is a complex and dynamic process. Plant resistance can impose stress on invading pathogens that can lead to, and select for, beneficial changes in the bacterial genome. The Pseudomonas syringae pv. phaseolicola (Pph) genomic island PPHGI-1 carries an effector gene, avrPphB (hopAR1), which triggers the hypersensitive reaction in bean plants carrying the R3 resistance gene. Interaction between avrPphB and R3 generates an antimicrobial environment within the plant, resulting in the excision of PPHGI-1 and its loss from the genome. The loss of PPHGI-1 leads to the generation of a Pph strain able to cause disease in the plant. In this study, we observed that lower bacterial densities inoculated into resistant bean (Phaseolus vulgaris) plants resulted in quicker PPHGI-1 loss from the population, and that loss of the island was strongly influenced by the type of plant resistance encountered by the bacteria. In addition, we found that a number of changes occurred in the bacterial genome during growth in the plant, whether or not PPHGI-1 was lost. We also present evidence that the circular PPHGI-1 episome is able to replicate autonomously when excised from the genome. These results shed more light onto the plasticity of the bacterial genome as it is influenced by in planta conditions.