Process Improvement of Coir Pith Degradation Involving White Rot Fungi By Substitution of Urea With Nitrogen Fixing Bacteria and Application of Biodegraded Coir Pith as Plant Growth Medium

In this study, a novel improved technology could be developed to convert the recalcitrant coir pith into environmental friendly organic manure. The standard method of composting involves the substitution of urea with nitrogen fixing bacteria viz. Azotobacter vinelandii and Azospirillum brasilense leading to the development of an improved method of coir pith. The combined action of the microorganisms could enhance the biodegradation of coir pith. In the present study, Pleurotus sajor caju, an edible mushroom which has the ability to degrade coir pith, and the addition of nitrogen fixing bacteria like Azotobacter vinelandii and Azospirillum brasilense could accelerate the action of the fungi on coir pith. The use of these microorganisms brings about definite changes in the NPK, Ammonia, Organic Carbon and Lignin contents in coir pith. This study will encourage the use of biodegraded coir pith as organic manure for agri/horti purpose to get better yields and can serve as a better technology to solve the problem of accumulated coir pith in coir based industries

Bactérias diazotróficas associadas a raízes e colmos de cultivares de sorgo

Os danos ao ambiente, bem como os custos econômicos relacionados à adubação nitrogenada têm estimulado a busca por alternativas que possam diminuir a utilização deste fertilizante sem que haja diminuição na produtividade. Uma das possibilidades é a utilização de bactérias diazotróficas que podem se associar a plantas de sorgo para fixar nitrogênio gasoso (N2) e/ou produzir substâncias promotoras de crescimento de plantas (PCPs). Outra possibilidade é a seleção de genótipos eficientes na associação com bactérias diazotróficas, já que a eficiência na associação depende de características específicas das plantas. Deste modo, o presente estudo objetivou avaliar a ocorrência e a localização de bactérias diazotróficas associadas ao sorgo, selecionar cultivares eficientes na associação com bactérias diazotróficas, bem como identificar os isolados mais eficientes em fixar nitrogênio e produzir PCPs. A atividade experimental foi realizada em duas etapas. Na primeira etapa foram utilizados 14 cultivares de sorgo forrageiro em vasos e, na segunda, seis cultivares de sorgo granífero em campo. A seleção dos cultivares de sorgo foi baseada na eficiência de absorção de nitrogênio, através da quantificação de matéria seca e do teor de nitrogênio total da parte aérea das plantas. Para o isolamento das bactérias diazotróficas foi utilizado meio de enriquecimento semi-sólido. Após, quantificou-se a produção de PCPs e os níveis de N2 fixados pelos isolados, a fim de selecionar os mais eficientes. A matéria seca e o teor de N no tecido dos cultivares avaliados foram influenciados pela adubação nitrogenada. A presença de bactérias diazotróficas foi constatada em todos os cultivares de sorgo avaliados. Através da análise de similaridade, verificou-se que, em ambos experimentos, foram formados quatro grupos de isolados, sendo que três se agruparam com 100% de similaridade com as estirpes padrões Burkholderia tropica Ppe8 (ATCC BAA-831), Herbaspirillum seropedicae Z67 (ATCC 35892) e Azospirillum. brasilense Sp7 (ATCC 29145). A distribuição das bactérias isoladas em ambos experimentos foi influenciada pelo genótipo da planta. Além do genótipo, a localização das bactérias isoladas das plantas de sorgo granífero foi influenciada pela adubação nitrogenada, sendo que as raízes foram o sítio preferencial de colonização das bactérias nestes cultivares. Todos os isolados foram aptos em fixar nitrogênio e produzir ácido indol-acético in vitro.

Identificação e avaliação de rizobactérias isoladas de raízes de milho

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Inoculação de sementes com bactéria diazotrófica e aplicação de nitrogênio em cobertura e foliar em milho

Considering the importance of nitrogen management and its biological fixation with diazotrophic bacteria, this study was carried out aiming to evaluate the agronomic performance of maize, in response to seed inoculation with Azospirillum brasilense and nitrogen application in side-dressing and leaf. The experiment was conducted in Selvíria, Mato Grosso of Sul State, Brazil, during the growing season 2010/2011, on a clayey Rhodic Haplustox (20° 20' S and 51° 24' W, with altitude of 340 m). Sixteen treatments were established with four replications, in randomized blocks with the combination of the factors A. brasilense (with and without inoculante), nitrogen rate (0 and 90 kg ha-1, in V5 growth stage) and urea leaf application (0, 4, 8 and 12%: application in V5 and V8 growth stage). The maize hybrid used was the DKB 390 YG®, sowed in the row spacing of 0.9 m. Parameters measured were productive and morphological components of culture and crop yield. Increase in maize yield by seed inoculation with A. brasilense was observed. The application of 90 kg ha -1 of nitrogen in side-dressing provided higher chlorophyll leaf index, stalk diameter and prolificacy, however, the yield not was increased. The application of urea leaf did not agronomic efficiency and, therefore, should not be used as the unique form of supply and alternative to nitrogen addition to crop.

Isolamento e caracterização de bactérias promotoras de crescimento em milho (Zea mays)

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Cultivo de Haematococcus pluvialis sob condições de estresse e em consórcio microbiano visando obter maior rendimento de astaxantina

Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

Adubação nitrogenada em feijoeiro em sucessão a cultivo solteiro e consorciado de milho e Urochloa ruziziensis

The expansion of the no-tillage system, in Brazil, has increasingly diversified the ways in which the production methods are established and managed. This study aimed at evaluating the influence of preceding crops such as mayze and Urochloa ruziziensis, as well as their intercropping, in the presence and absence of seed inoculation with Azospirillum brasilense, and the cover nitrogen supplying on common bean development, production components and grain yield. The study was carried out in Selvíria, Mato Grosso do Sul State, Brazil, in the 2011/2012 crop season. The experimental design was randomized blocks, with four replications, in a 8x4 factorial scheme, with treatments consisting of a combination of cover crops (associations of mayze, U. ruziziensis and A. brasilense) and cover nitrogen doses on common bean (0 kg ha-1, 30 kg ha-1, 60 kg ha-1 and 90 kg ha-1). The preceding crops affected the common bean grain yield, with the mayze and Urochloa intercropping, both inoculated, being the best option. The initial common bean population was not affected by previous crops. The cover nitrogen application did not affect the common bean grain yield under winter irrigation, for the no-tillage system.

Interação entre bactérias diazotróficas e doses de n-fertilizante na cultura da cana-de-açúcar

Pós-graduação em Agronomia (Agricultura) - FCA

Horizontal gene transfer confers fermentative metabolism in the respiratory-deficient plant trypanosomatid Phytomonas serpens

Among trypanosomatids, the genus Phytomonas is the only one specifically adapted to infect plants. These hosts provide a particular habitat with a plentiful supply of carbohydrates. Phytomonas sp. lacks a cytochrome-mediated respiratory chain and Krebs cycle, and ATP production relies predominantly on glycolysis. We have characterised the complete gene encoding a putative pyruvate/indolepyruvate decarboxylase (PDC/IPDC) (548 amino acids) of P. serpens, that displays high amino acid sequence similarity with phytobacteria and Leishmania enzymes. No orthologous PDC/IPDC genes were found in Trypanosoma cruzi or T. brucei. Conservation of the PDC/IPDC gene sequence was verified in 14 Phytomonas isolates. A phylogenetic analysis shows that Phytomonas protein is robustly monophyletic with Leishmania spp. and C. fasciculata enzymes. In the trees this clade appears as a sister group of indolepyruvate decarboxylases of gamma-proteobacteria. This supports the proposition that a horizontal gene transfer event from a donor phytobacteria to a recipient ancestral trypanosome has occurred prior to the separation between Phytomonas. Leishmania and Crithidia. We have measured the PDC activity in P. serpens cell extracts. The enzyme has a Km value for pyruvate of 1.4 mM. The acquisition of a PDC, a key enzyme in alcoholic fermentation, explains earlier observations that ethanol is one of the major end-products of glucose catabolism under aerobic and anaerobic conditions. This represents an alternative and necessary route to reoxidise part of the NADH produced in the highly demanding glycolytic pathway and highlights the importance of this type of event in metabolic adaptation. (C) 2012 Elsevier B.V. All rights reserved.

Caracterização fisiológica e do perfil de expressão gênica do transporte de nitrogênio em genótipos contrastantes para processo de fixação biológica de N2 de cana-de-açúcar (Saccharum spp.)

A cana-de-açúcar é uma cultura agrícola de grande importância econômica para o Brasil, e a expansão de seu cultivo para solos marginais requer uma maior utilização de fertilizantes à base de nitrogênio (N). Na maioria dos países produtores, a adubação nitrogenada se baseia em altas doses de aplicação, enquanto, no Brasil, o seu uso é relativamente baixo devido, em parte, ao processo de fixação biológica de nitrogênio (FBN) pela ação de bactérias diazotróficas. Além da FBN, as plantas adquirem fontes de N, como amônio e nitrato, por meio de transportadores de membranas localizados nas raízes. Há evidências que a associação com microrganismos pode favorecer as plantas por meio da regulação dos genes de transportadores de N. Desta forma, este trabalho teve como objetivo caracterizar o transporte de amônio e nitrato, avaliando a expressão gênica dos principais transportadores de N em cana-de-açúcar cultivada in vitro sob o efeito da associação com bactérias diazotróficas. Também foi descrita a comunidade bacteriana de plântulas in vitro, bem como o efeito da fertilização com N e da inoculação com bactérias diazotróficas em plantas maduras. Plântulas de \'SP70- 1143\' e \'Chunee\', que contrastam para FBN, foram empregadas em ensaios in vitro sob diversas concentrações e fontes de N em associação ou não com uma estirpe de Gluconacetobacter diazotrophicus ou um mistura de bactérias diazotróficas (G. diazotrophicus, Herbaspirillum seropedicae, H. rubrisubalbicans, Azospirillum amazonense e Burkholderia tropica). A caracterização do transporte de N por meio de ensaios de absorção de nitrato e amônio marcados (15N) revelou que a interação entre cana-de-açúcar x G. diazotrophicus induziu a expressão do gene do transportador de nitrato ScNRT2.1, o que levou a uma tendência no aumento no influxo de nitrato, assim como dos genes de transportadores de amônio ScAMT1.1 e ScAMT1.3, resultando em maiores influxos de amônio apenas para a cultivar \'SP70- 1143\'. Já a associação da cana-de-açúcar com a mistura de bactérias diazotróficas revelou que somente houve indução transcricional de ScAMT1.1, o que resultou na maior absorção de amônio em \'SP70-1143\'. Por sua vez, quando analisada a interação in vitro por 30 dias, a presença da bactéria, apesar de transiente, possivelmente favoreceu a expressão dos genes de transportadores de nitrato ScNRT1.1 e ScNRT2.1, e do transportador de amônio ScAMT1.1, resultando no maior acúmulo de 15N-nitrato de amônio nas plantas de \'SP70-1143\'. Foi detectada uma comunidade bacteriana associada a plântulas micropropagadas, a qual é distinta entre os genótipos \'SP70-1143\' e \'Chunee\' e se altera com a inoculação com G. diazotrophicus. Para as plantas cultivadas em campo, a comunidade bacteriana existente foi alterada pela fertilização de N, mas não pela inoculação com diazotróficas. Portanto, a inoculação com bactérias diazotróficas parece induzir a expressão dos principais genes transportadores de amônio e nitrato em plântulas do genótipo \'SP70-1143\' resultando na maior absorção de fontes inorgânicas de N.

Monitoramento da interação entre rizobactéria RZ2MS16 (Burkholderia ambifaria) promotora de crescimento e bioinoculantes comerciais aplicados nas culturas de soja e milho

As culturas da soja e milho são de grande importância econômica mundial e também para o Brasil, onde a área cultivada com essas duas culturas está estimada em 45.855.900 mil hectares, distribuídas em todos estados produtores conforme suas características. A estimativa da safra mundial de soja em 2015/16 apresentou uma redução na produção global da oleaginosa para 319,0 milhões de ton, volume 1,1 milhão de ton inferior ao levantamento de dezembro de 2015. Ainda assim, trata-se de um volume recorde. Para o milho, a produção global foi de 967,9 milhões de ton, com uma redução no volume de 5,9 milhões de ton em relação ao levantamento realizado em dezembro de 2015. Nessas duas culturas são comumente utilizadas bactérias fixadoras de nitrogênio (BFN), reduzindo ou até mesmo, eliminando a aplicação de adubos nitrogenados. Estudos apontam que a simbiose entre BFN e as culturas soja e milho pode ser otimizada mediante a coinoculação com rizobatérias promotoras de crescimento de plantas (RPCP). Apesar de promissora, o estudo da utilização de BFN em associação com RPCPs é incipiente no Brasil. Assim, o presente trabalho teve como objetivo monitorar, a partir da marcação bacteriana, a interação entre a linhagem de Burkholderia ambifaria (RZ2MS16), uma rizobactéria proveniente do guaranazeiro e previamente descrita como promotora de crescimento em soja e milho e linhagens das espécies Bradyrhizobium japonicum (SEMIA5079), Bradyrhizobium diazoefficiens (SEMIA5080) e Azospirillum brasilense (Ab-v5 e Ab-v6) que são comercialmente utilizadas como bioinoculantes nessas culturas respectivamente. Os efeitos sinergisticos da interação entre RZ2MS16 e bioinoculantes comercias foram avaliados em experimento de casa de vegetação. Também foi avaliado o efeito da coinoculação de bioinculantes com outra rizobactéria proveniente do guaranazeiro, Bacillus sp. (RZ2MS9). As linhagens foram inoculadas separadamente e coinoculadas, sendo melhores resultados observados com a coinoculação das linhagens. As linhagens marcadas com genes de fluorescência selecionadas para estudo de interação foram RZ2MS16, Ab-v5 e SEMIA5080, sendo essa interação observada por microscopia de fluorescência, com também pelo reisolamento das linhagens marcadas. As linhagens RZ2MS16:pNKGFP e Ab-v5: pWM1013 e SEMIA5080:pWM1013 colonizaram todos os nichos avaliados em milho e soja, respectivamente, sendo também caracterizadas como endofíticos. Assim se observa que estudos desta natureza são de grande importância para um melhor entendimento da interação entre bactéria planta e o efeito da coinoculação no melhor desenvolvimento de plantas comercialmente utilizadas.

Poblaciones bacterianas nativas y sus interacciones en la rizosfera de alfalfa y maní.

Se estima que la demanda de alimentos se duplicará en los próximos cincuenta años y por lo tanto, un importante aumento del rendimiento de los cultivos será necesario para alimentar a la creciente población mundial. Aunque la producción agrícola ha crecido en las últimas décadas, en gran medida debido al uso generalizado de fertilizantes, pesticidas, riego, etc., esta tasa de aumento de la producción no es sostenible a causa del impacto ambiental de las prácticas agrícolas modernas. Uno de los factores que permite el desarrollo de una agricultura sustentable es la calidad del suelo, la cual podría definirse como su capacidad para aceptar, almacenar y reciclar agua, minerales y energía para la producción de cultivos, preservando un ambiente sano. El suelo es considerado un espacio heterogéneo definido por sus propiedades físicas, químicas y biológicas, que bajo condiciones naturales tiende a desarrollar un equilibrio dinámico entre sus diferentes propiedades, lo que genera las condiciones adecuadas para una diversidad de organismos transformadores y descomponedores de sustratos. En general, se considera que la microbiota del suelo, conformada principalmente por bacterias y hongos, juega un papel importante en la fertilidad, reciclaje de nutrientes, evolución, estructura y conservación del mismo. En consecuencia la hipótesis planteada es que la agregación microbiana y la formación de biofilms son procesos cruciales para la supervivencia de las bacterias rizosféricas, la interacción con las plantas y el mejoramiento de la calidad del suelo. En este contexto el objetivo general del presente proyecto estará dirigido a evaluar el aporte de las comunidades microbianas y sus interacciones en el ecosistema rizosférico de la región centro-sur de Córdoba, poniendo especial énfasis en la incidencia sobre la calidad y conservación de los suelos. Por lo tanto y para validar esta hipótesis, se desarrollarán experiencias y evaluaciones dividiendo la investigación en los siguientes objetivos específicos: 1. Evaluar poblaciones bacterianas asociadas a suelo rizosférico de cultivos de impacto agroeconómico en la provincia de Córdoba. 2. Analizar el proceso de autoagregación en células planctónicas de Rizobios y establecer su relación con la capacidad formadora de biofilms. 3. Estudiar la formación de biofilm mixto entre diferentes bacterias rizoféricas aisladas de la rizósfera de cultivos de alfalfa y maní. Para ello se estudiarán alternativamente a través de los enfoques que se describen en el diseño experimental, distintos modelos de asociaciones microorganismo-planta. Si bien el modelo principal de estudio estará centrado en el par simbiótico S. meliloti-alfalfa y Bradyrhizobium sp.-maní, otras bacterias promotoras del crecimiento vegetal como Azospirillum y Pseudomonas, serán utilizadas en evaluaciones comparativas en virtud de las experiencias y capacidades previas de los integrantes del grupo de trabajo en los sistemas mencionados. Consideramos que con la metodología planteada en este proyecto y por medio de un amplio abordaje del tema en estudio, tanto por el uso de los modelos citados como por el diseño de ensayos a escala de laboratorio y a campo, se podrían lograr avances significativos en el conocimiento sobre la aplicación de microorganismos de interés agronómico.

SILVER NANOPARTICLES AND THE PLANT-ASSOCIATING ABILITIES OF RHIZOBIACEAE BACTERIA

The use of nanoparticle technology in consumer products has been increasing due to their broad-spectrum antimicrobial properties. Specifically, silver nanoparticles (AgNPs) can demonstrate distinct physiochemical properties compared to bulk silver, including a large surface area to volume ratio that allows for higher reactivity with bacterial cell surfaces. AgNPs are being released into the environment, including soil ecosystems through various pathways such as points of production or during disposal of silver-containing products. This raises the concern about the potential impact on beneficial soil bacteria and their surrounding ecosystems. Members of the Rhizobiaceae family play important roles in nutrient cycling and contribute to overall soil fertility and the experiments in this thesis address the potential for AgNP-mediated toxicity on these plant-associating bacteria. Respiration analysis of Bradyrhizobium japonicum, Azospirillum brasilense, and Agrobacterium tumefaciens has revealed that AgNPs can negatively impact the growth and survival of these bacterial species, with B. japonicum being the most susceptible. Additionally, swimming motility assays using B. japonicum showed a significant decrease in colony diameter when treated with AgNPs (50 ppm). A significant decrease in root colonization of Triticum aestivum roots by A. brasilense was observed as AgNP treatment concentrations increased. Although some of the experiments could not be completed, taken together, these experiments and the research reported herein highlights the potential toxicological effects of AgNPs on bacterial species vital to the growth and health of agriculturally important crops.

SILVER NANOPARTICLES AND THE PLANT-ASSOCIATING ABILITIES OF RHIZOBIACEAE BACTERIA

The use of nanoparticle technology in consumer products has been increasing due to their broad-spectrum antimicrobial properties. Specifically, silver nanoparticles (AgNPs) can demonstrate distinct physiochemical properties compared to bulk silver, including a large surface area to volume ratio that allows for higher reactivity with bacterial cell surfaces. AgNPs are being released into the environment, including soil ecosystems through various pathways such as points of production or during disposal of silver-containing products. This raises the concern about the potential impact on beneficial soil bacteria and their surrounding ecosystems. Members of the Rhizobiaceae family play important roles in nutrient cycling and contribute to overall soil fertility and the experiments in this thesis address the potential for AgNP-mediated toxicity on these plant-associating bacteria. Respiration analysis of Bradyrhizobium japonicum, Azospirillum brasilense, and Agrobacterium tumefaciens has revealed that AgNPs can negatively impact the growth and survival of these bacterial species, with B. japonicum being the most susceptible. Additionally, swimming motility assays using B. japonicum showed a significant decrease in colony diameter when treated with AgNPs (50 ppm). A significant decrease in root colonization of Triticum aestivum roots by A. brasilense was observed as AgNP treatment concentrations increased. Although some of the experiments could not be completed, taken together, these experiments and the research reported herein highlights the potential toxicological effects of AgNPs on bacterial species vital to the growth and health of agriculturally important crops.

Ocorrência de bactérias diazotroficas em diferentes genótipos de cana-de-açúcar.

O objetivo deste trabalho foi avaliar a localização e o numero de bactérias endolíticas em quatro genótipos de cana-de-açúcar e investigar sobre a possível existência de correlação com os resultados apresentados em trabalhos de quantificação da fixação biológica de nitrogênio (FBN). Fez-se um levantamento das bactérias diazotróficas presentes, e quantificou-se a população de Herbaspirillum spp. E Acetobacter diazotrophicus, em genótipos de cana-de-açúcar contrastantes quanto a capacidade de obter N da FBN. De acordo com o levantamento realizado neste trabalho, as bactérias estudadas (Azospirillum lipoferum, A. brasilense, A. amazonense, Herbaspirillum spp. e Acetobacter diazotrophicus) estavam presentes nos quatro genotipos avaliados e em todas as partes da planta, exceto A. amazonense, que nao foi isolado de amostras de folhas. A quantificaçãoo das bactérias Herbaspirillum spp. e A. diazotrophicus mostrou não haver diferenças significativas entre os genótipos, e que, geralmente, elas estão presentes em maior numero nas raízes. Enquanto Herbaspirillum spp. mantêm-se mais estável ao longo do ciclo da cultura, a população de A. diazotrophicus decresce com a aproximação do final do ciclo comercial. Pode-se sugerir que as diferenças entre as taxas de FBN encontradas nos diversos genótipos não e causada por diferenças na presença ou no numero das bactérias aqui estudadas The objective of this work was to find out the localization and number of endophytic bacteria in four sugar cane genotypes and investigate upon the possible existence of correlation to the results obtained in some studies about quantification of biological nitrogen fixation (BNF). A survey of the diazotrophic bacteria present in sugar cane genotypes differingin their capacity to obtain nitrogen through BNF was performed, and population of Herbaspirillum spp. and Acetobacter diazotrophicus was quantified. The bacteria tested in the survey were Azospirillum lipoferum, A. brasilense, A. amazonense, Herbaspirillum spp. and Acetobacter diazotrophicus. All these bacteria were present in the four genotypes and were found in all parts of the plants, except A. amazonense which was not isolated from leaf samples. The quantification of Herbaspirillum spp. and A. diazotrophicus showed that there were no significant differences among the sugar cane genotypes and, generally, the bacteria were in greater number in roots. While number of Herbaspirillum spp. remained stable during the life-cycle of the culture, the population of A. diazotrophicus suffer a decrease with the approach of the end of the commercial cycle. It is suggested that the differences in the rates of BNF found in sugar cane genotypes are not caused by differences in the presence or the number of the bacterial species studied here.