Initial performance of maize in response to NPK fertilization combined with Herbaspirillum seropedicae

The inoculation with plant growth-promoting bacteria can be a technological approach useful for increasing the production of maize. The objective of this study was to evaluate the initial performance of maize in response to application of doses of NPK combined with the inoculation of the diazotrophic bacteria Herbaspirillum seropedicae in an greenhouse experiment. The experiment consisted of six fertilizer levels: 0, 25, 50, 75, 100 and 200% of the recommended dose of NPK applied to maize inoculated and non-inoculated with H. seropedicae. At 30 days after the treatment application, the growth characteristics and nutritional status of the plants were evaluated. Plant development was influenced by fertilization, but it was enhanced by combination with the bacteria, which resulted in significant increases in the dry mass of shoots (7%) and leaf area (9%) when compared with non-inoculated plants. The results showed increases in the concentration of N (11%), P (30%) and K (17%) of maize plants in response to bacterial inoculation together with NPK compared with plants that were applied fertilize only. The greater consistency and stability response of the host plant to bacterization in the presence of chemical fertilizer indicate a promissory biotechnological approach for improving the initial growth and adaptation of maize to the cultivation environment.

Produtividade de milho na presença de doses de N e de inoculação de Herbaspirillum seropedicae

Resumo: O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito de nitrogênio e da inoculação de Herbaspirillum seropedicae sobre a produtividade de milho (Zea mays) e os teores de nutrientes nos grãos. Os híbridos simples BRS 1030 e BRS 1060 receberam inoculação da estirpe BR 11417, na presença ou não de doses de adubação nitrogenada, em Argissolo Vermelho-Amarelo distrófico, durante os períodos de entressafra (plantio em maio de 2012) e safra (plantio em outubro de 2012). Em cada época, os seguintes tratamentos foram avaliados: controle absoluto, sem adubação nitrogenada nem inoculação; controle com inoculação; doses de 50 e 100 kg ha-1 de N, sem inoculação; e dose de 50 kg ha-1 de N mais inoculação. BRS 1030 produziu 1.157 kg ha-1 a mais de grãos que BRS 1060, na análise conjunta dos dois cultivos. Para o primeiro genótipo, a dose de 50 kg ha-1 de N, com inoculação, incrementou em 2% a produtividade na entressafra e em 4,5% na safra. A inoculação de H. seropedicae, estirpe BR 11417, favorece o acúmulo de P nos grãos, mas tem efeito positivo sobre a produtividade somente em combinação com doses de N mineral, o que indica que seu efeito é mais destacado na promoção do crescimento do milho do que na fixação biológica de N.

Evidence for the endophytic colonization of Phaseolus vulgaris(common bean) roots by the diazotroph Herbaspirillum seropedicae

Herbaspirillum seropedicae is an endophytic diazotrophic bacterium, which associates with important agricultural plants. In the present study, we have investigated the attachment to and internal colonization of Phaseolus vulgaris roots by the H. seropedicae wild-type strain SMR1 and by a strain of H. seropedicae expressing a red fluorescent protein (DsRed) to track the bacterium in the plant tissues. Two-day-old P. vulgaris roots were incubated at 30°C for 15 min with 6 x 10(8) CFU/mL H. seropedicae SMR1 or RAM4. Three days after inoculation, 4 x 10(4) cells of endophytic H. seropedicae SMR1 were recovered per gram of fresh root, and 9 days after inoculation the number of endophytes increased to 4 x 10(6) CFU/g. The identity of the recovered bacteria was confirmed by amplification and sequencing of the 16SrRNA gene. Furthermore, confocal microscopy of P. vulgaris roots inoculated with H. seropedicae RAM4 showed that the bacterial cells were attached to the root surface 15 min after inoculation; fluorescent bacteria were visible in the internal tissues after 24 h and were found in the central cylinder after 72 h, showing that H. seropedicae RAM4 is capable of colonizing the roots of the dicotyledon P. vulgaris. Determination of dry weight of common bean inoculated with H. seropedicae SMR1 suggested that this bacterium has a negative effect on the growth of P. vulgaris.

The RecX protein interacts with the RecA protein and modulates its activity in Herbaspirillum seropedicae

DNA repair is crucial to the survival of all organisms. The bacterial RecA protein is a central component in the SOS response and in recombinational and SOS DNA repairs. The RecX protein has been characterized as a negative modulator of RecA activity in many bacteria. The recA and recX genes of Herbaspirillum seropedicae constitute a single operon, and evidence suggests that RecX participates in SOS repair. In the present study, we show that the H. seropedicae RecX protein (RecX Hs) can interact with the H. seropedicaeRecA protein (RecA Hs) and that RecA Hs possesses ATP binding, ATP hydrolyzing and DNA strand exchange activities. RecX Hs inhibited 90% of the RecA Hs DNA strand exchange activity even when present in a 50-fold lower molar concentration than RecA Hs. RecA Hs ATP binding was not affected by the addition of RecX, but the ATPase activity was reduced. When RecX Hs was present before the formation of RecA filaments (RecA-ssDNA), inhibition of ATPase activity was substantially reduced and excess ssDNA also partially suppressed this inhibition. The results suggest that the RecX Hs protein negatively modulates the RecA Hs activities by protein-protein interactions and also by DNA-protein interactions.

Effect of point mutations on Herbaspirillum seropedicae NifA activity

NifA is the transcriptional activator of the nif genes in Proteobacteria. It is usually regulated by nitrogen and oxygen, allowing biological nitrogen fixation to occur under appropriate conditions. NifA proteins have a typical three-domain structure, including a regulatory N-terminal GAF domain, which is involved in control by fixed nitrogen and not strictly required for activity, a catalytic AAA+ central domain, which catalyzes open complex formation, and a C-terminal domain involved in DNA-binding. In Herbaspirillum seropedicae, a β-proteobacterium capable of colonizing Graminae of agricultural importance, NifA regulation by ammonium involves its N-terminal GAF domain and the signal transduction protein GlnK. When the GAF domain is removed, the protein can still activate nif genes transcription; however, ammonium regulation is lost. In this work, we generated eight constructs resulting in point mutations in H. seropedicae NifA and analyzed their effect on nifH transcription in Escherichia coli and H. seropedicae. Mutations K22V, T160E, M161V, L172R, and A215D resulted in inactive proteins. Mutations Q216I and S220I produced partially active proteins with activity control similar to wild-type NifA. However, mutation G25E, located in the GAF domain, resulted in an active protein that did not require GlnK for activity and was partially sensitive to ammonium. This suggested that G25E may affect the negative interaction between the N-terminal GAF domain and the catalytic central domain under high ammonium concentrations, thus rendering the protein constitutively active, or that G25E could lead to a conformational change comparable with that when GlnK interacts with the GAF domain.

Diversidade de bactérias diazotróficas endofíticas dos gêneros Herbaspirillum e Burkholderia na cultura do arroz inundado

O objetivo deste trabalho foi avaliar a diversidade de bactérias diazotróficas endofíticas, dos gêneros Herbaspirillum e Burkholderia, em duas variedades de arroz, consideradas de alta (IR 42) e baixa (IAC 4440) eficiência de fixação biológica de nitrogênio. Foram realizados dois experimentos em casa de vegetação, em vasos com dois tipos de solos, provenientes dos Estados de Goiás e do Rio de Janeiro. Foi feita a contagem do número de bactérias e o isolamento em diferentes partes e estágios de desenvolvimento das plantas, mediante o uso de meios de cultivo JNFb e JMV. Os isolados bacterianos foram caracterizados a partir de aspectos morfológicos das colônias, com o crescimento em meios de cultivo, e de testes fisiológicos (uso de fontes de carbono e atividade de redução de acetileno). A contagem revelou grande número de bactérias diazotróficas (10(6) células g-1 matéria fresca), presentes em ambas as variedades de arroz, principalmente nas amostras radiculares. Os dados, obtidos na matriz de similaridade, mostram a presença de representantes da espécie Herbaspirillum seropedicae, bem como a diversidade entre isolados pertencentes ao gênero Burkholderia.

Densidade e diversidade fenotípica de bactérias diazotróficas endofíticas em solos de mineração de bauxita, em reabilitação

Bactérias diazotróficas endofíticas contribuem para o desenvolvimento das plantas por meio da fixação biológica do nitrogênio, produção e liberação de substâncias reguladoras do crescimento vegetal, podendo, assim, facilitar a revegetação de solos degradados por atividades antrópicas. No entanto, pouco se conhece sobre as populações destas bactérias em solos ou plantas de áreas de mineração. Objetivando avaliar o efeito de diferentes tipos de vegetação e tempo de reabilitação de áreas degradadas por mineração de bauxita na densidade e diversidade de algumas espécies de bactérias diazotróficas endofíticas, realizaram-se, em duas épocas, amostragens de solo, de dois ambientes distintos, submetidos a diferentes processos de reabilitação. A densidade, avaliada pelo número mais provável, utilizando os meios de cultura: NFb, JNFb e Fam, para Azospirillum brasilense e A. lipoferum, Herbaspirillum spp. e A. amazonense, respectivamente, variou de 0 a 2,0 x 10(4) bactérias por grama de solo e mostrou que o tipo de vegetação influiu nas populações destas bactérias. Foram encontradas densidades maiores em solos revegetados com gramíneas: braquiária (Brachiaria decumbens), capim-azevém (Lolium multiflorum) e capim-gordura (Melinis minutiflora). Contudo, estas densidades podem ser consideradas baixas, se comparadas às de solos agrícolas, e não apresentaram relação com o tempo de reabilitação da área. Foram encontrados 36 fenótipos culturais em meio batata, entre os 72 isolados obtidos dos três meios de cultura utilizados. A partir destes, foram formados sete grandes grupos com similaridade superior ou igual a 63 %, dos quais cinco, representando 62,5 % do total de isolados obtidos, continham as estirpes-tipo de Burkholderia brasilensis, Herbaspirillum seropedicae e Azospirillum spp. (A. brasilense, A. amazonense, A. lipoferum, A. irakense). Apesar da baixa densidade, este grupo de bactérias apresentou alta diversidade fenotípica no ambiente estudado.

Promoção de enraizamento de microtoletes de cana-de-açúcar pelo uso conjunto de substâncias húmicas e bactérias diazotróficas endofíticas

Além do fornecimento direto de nutrientes por meio da mineralização da matéria orgânica ou pela fixação biológica de N2, as substâncias húmicas e as bactérias diazotróficas endofíticas podem afetar diretamente o metabolismo vegetal, modificando o padrão de crescimento e desenvolvimento das plantas. O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito do uso em conjunto de ácidos húmicos (AH) e Herbaspirilum seropedicae, uma bactéria endofítica fixadora de N2, sobre o crescimento radicular de microtoletes de cana-de-açúcar do cultivar RB 72 454 tratados termicamente ou não. Após o tratamento térmico, os microtoletes foram imersos por 12 h em água (controle), numa solução que continha 20 mg L-1 de C de AH isolados de vermicomposto, H. seropedicae estirpe HRC 54 na concentração de 10(8) mL-1 células e o uso em conjunto de AH + H. seropedicae. Foi observada a promoção significativa do crescimento radicular, com incrementos que variaram de 60 a 118 % no comprimento e de 33 até 233 % na área radicular dos tratamentos em relação às plantas-controle, com efeitos mais pronunciados em plantas tratadas termicamente. Na mesma direção, o efeito positivo da inoculação bacteriana e dos ácidos húmicos sobre a biomassa da parte aérea e das raízes foi significativo em relação ao controle apenas em toletes tratados termicamente. Para toletes não tratados, a inoculação não produziu efeitos significativos, apenas no caso da aplicação isolada de ácidos húmicos. O uso em conjunto ou isolado de AH e bactérias diazotróficas endofíticas não alterou significativamente o tamanho populacional das bactérias no tecido radicular em toletes que não receberam termoterapia. No caso de toletes tratados termicamente, a inoculação, combinada ou não com ácidos húmicos, alterou o tamanho da população das bactérias nas raízes. A análise conjunta dos dados evidencia a importância da termoterapia na expressão dos efeitos benéficos da inoculação de estirpes selecionadas de H. seropedicae, já para ácidos húmicos, as respostas positivas independem da termoterapia. A promoção do crescimento radicular por AH e a fixação biológica de N2 podem representar uma estratégia inovadora para produção sustentada em sistemas agrícolas.

Densidade e diversidade fenotípica de bactérias diazotróficas não simbióticas em solos da Reserva Biológica Serra dos Toledos, Itajubá (MG)

Bactérias diazotróficas não simbióticas (BDNS) atuam no desenvolvimento das plantas por meio da fixação biológica de nitrogênio e também pela produção e liberação de substâncias reguladoras do crescimento vegetal. Este estudo objetivou avaliar a densidade e diversidade fenotípica desse grupo de bactérias em fragmentos de solo da Reserva Biológica Serra dos Toledos e entorno, em Itajubá/MG. Essa reserva localiza-se na Área de Proteção Ambiental da Mantiqueira, constituindo-se em uma importante área de recarga e de abrigo à flora e fauna endêmicas. Amostras de solo superficial foram coletadas em áreas com diferentes declividades na reserva, em épocas representativas das estações de inverno (setembro/2006) e verão (abril/2007). A densidade, avaliada pelo número mais provável, utilizando os meios de cultura NFb, JNFb e Fam, para Azospirillum spp., Herbaspirillum spp. e A. amazonense, respectivamente, variou de 0,12 a 75,60 (NMP x 10(5)) bactérias g-1 solo seco. Foram obtidos 172 e 174 isolados, respectivamente para as amostras de inverno e verão, dos quais 30 e 55 % apresentaram similaridade igual ou superior a 70 % com as estirpes-tipo Azospirillum brasilense, A. amazonense, A. lipoferum, Herbaspirillum seropedicae e Burkholderia brasilensis. O resultado do comportamento dos isolados com base na tolerância à salinidade nem sempre foi semelhante ao obtido pelas características fenotípicas culturais a 70 % de similaridade, sendo indicado para estudos complementares de diversidade desses organismos. As BDNS apresentam potencial de utilização em estudos de avaliação da qualidade e sustentabilidade de ecossistemas. No entanto, apesar da alta densidade e diversidade fenotípica em solos da reserva, maiores valores foram obtidos no entorno, evidenciando o efeito positivo da cobertura vegetal do tipo gramíneas sobre elas, independentemente da variação climática.

INOCULATION AND ISOLATION OF PLANT GROWTH-PROMOTING BACTERIA IN MAIZE GROWN IN VITÓRIA DA CONQUISTA, BAHIA, BRAZIL

Maize is among the most important crops in the world. This plant species can be colonized by diazotrophic bacteria able to convert atmospheric N into ammonium under natural conditions. This study aimed to investigate the effect of inoculation of the diazotrophic bacterium Herbaspirillum seropedicae (ZAE94) and isolate new strains of plant growth-promoting bacteria in maize grown in Vitória da Conquista, Bahia, Brazil. The study was conducted in a greenhouse at the Experimental Area of the Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia. Inoculation was performed with peat substrate, with and without inoculation containing strain ZAE94 of H. seropedicae and four rates of N, in the form of ammonium sulfate (0, 60, 100, and 140 kg ha-1 N). After 45 days, plant height, dry matter accumulation in shoots, percentage of N, and total N (NTotal) were evaluated. The bacteria were isolated from root and shoot fragments of the absolute control; the technique of the most probable number and identification of bacteria were used. The new isolates were physiologically characterized for production of indole acetic acid (IAA) and nitrogenase activity. We obtained 30 isolates from maize plants. Inoculation with strain ZAE94 promoted an increase of 14.3 % in shoot dry mass and of 44.3 % in NTotal when associated with the rate 60 kg ha-1 N. The strains N11 and N13 performed best with regard to IAA production and J06, J08, J10, and N15 stood out in acetylene reduction activity, demonstrating potential for inoculation of maize.

THE RESURRECTION PLANT TRIPOGON SPICATUS (POACEAE) HARBORS A DIVERSITY OF PLANT GROWTH PROMOTING BACTERIA IN NORTHEASTERN BRAZILIAN CAATINGA

Plant species that naturally occur in the Brazilian Caatinga(xeric shrubland) adapt in several ways to these harsh conditions, and that can be exploited to increase crop production. Among the strategic adaptations to confront low water availability, desiccation tolerance stands out. Up to now, the association of those species with beneficial soil microorganisms is not well understood. The aim of this study was to characterize Tripogon spicatusdiazotrophic bacterial isolates from the Caatingabiome and evaluate their ability to promote plant growth in rice. Sixteen bacterial isolates were studied in regard to their taxonomic position by partial sequencing of the 16S rRNA gene, putative diazotrophic capacity, in vitro indole-acetic acid (IAA) production and calcium phosphate solubilization, metabolism of nine different C sources in semi-solid media, tolerance to different concentrations of NaCl to pHs and intrinsic resistance to nine antibiotics. Finally, the ability of the bacterial isolates to promote plant growth was evaluated using rice (Oryza sativa) as a model plant. Among the 16 isolates evaluated, eight of them were classified as Enterobacteriaceae members, related to Enterobacter andPantoeagenera. Six other bacteria were related toBacillus, and the remaining two were related toRhizobiumand Stenotrophomonas.The evaluation of total N incorporation into the semi-solid medium indicated that all the bacteria studied have putative diazotrophic capacity. Two bacteria were able to produce more IAA than that observed for the strain BR 11175Tof Herbaspirillum seropedicae.Bacterial isolates were also able to form a microaerophilic pellicle in a semi-solid medium supplemented with different NaCl concentrations up to 1.27 mol L-1. Intrinsic resistance to antibiotics and the metabolism of different C sources indicated a great variation in physiological profile. Seven isolates were able to promote rice growth, and two bacteria were more efficient than the reference strainAzospirillum brasilense, Ab-V5. The results indicate the potential of T. spicatus as native plant source of plant growth promoting bacteria.

Desenvolvimento Inicial de Duas Variedades de Cana-de-açúcar Inoculadas com Bactérias Diazotróficas

RESUMO A cana-de-açúcar é uma cultura de grande destaque na economia, em razão da produção de açúcar, etanol e energia. Tecnologias que possam contribuir para o aumento da produtividade e qualidade da cultura com mínimos danos ao meio ambiente são necessárias. Objetivou-se avaliar a produção de ácido indol acético de cinco estirpes de bactérias diazotróficas e o efeito da inoculação delas na brotação de duas variedades de cana-de-açúcar, RB867515 e IACSP95-5000. A produção de auxina foi determinada pelo teste colorimétrico, usando o reagente de Salkowski. Para avaliar a germinação, foi conduzido um experimento em casa de vegetação, utilizando-se delineamento experimental em blocos ao acaso com quatro repetições e sete tratamentos: controle não inoculado; inoculação mista com as cinco estirpes e inoculação individual com Gluconacetobacter diazotrophicus (Gd) estirpe BR11281T(PAL-5T), Herbaspirillum seropedicae (Hs - BR11335 = HRC54), Herbaspirillum rubrisubalbicans (Hr - BR11504 = HCC103), Burkholderia tropica (Bt - BR11366T = PPe 8 T) e Azospirillum amazonense (Aa - BR11145 = CBAMc). As bactérias mais eficientes na produção de auxina foram Hs e Hr, declinando 48 h após o crescimento. Hr, Aa e Bt aumentaram o índice de velocidade de germinação e o número de brotações nas duas variedades. Na var. RB867515, a velocidade de germinação ainda foi positivamente influenciada pela inoculação mista, sendo o mesmo observado pela inoculação de Gd na var. IACSP95-5000.

Aeração e adição de sais na produção de ácido indol acético por bactérias diazotróficas

Foi analisada a produção de compostos indólicos por Azospirillum brasilense Cd, A. lipoferum Br 17, Herbaspirillum seropedicae Z 67, H. rubrisubalbicans M4 e a estirpe 34 isolada de arroz, que não se enquadra em nenhuma das espécies de Herbaspirillum já descritas, em relação a diferentes condições de aeração e concentrações de sais. A maior aeração do meio propiciou aumento na produção de compostos indólicos pelas bactérias testadas. Foi verificado aumento desses compostos, em culturas estáticas, em meio sem nitrogênio no caso de Azospirillum, e na presença de N para as estirpes de Herbaspirillum. O aumento da concentração de sais no meio de cultivo inibiu a produção de compostos indólicos, embora tenha sido observado um pequeno aumento quando a concentração de CaCl2 foi de 1 g L-1. O efeito mais deletério da salinidade foi observado com a presença de NaHCO3, seguido de NaCl e Na2SO4. Azospirillum produziu mais compostos indólicos em meio semi-sólido e Herbaspirillum em meio líquido, mas em menor nível.

Adição de molibdênio ao inoculante turfoso com bactérias diazotróficas usado em duas cultivares de arroz irrigado

O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito da utilização de bactérias diazotróficas com ou sem molibdênio em duas cultivares de arroz com diferentes potenciais de fixação biológica de nitrogênio. Dois experimentos foram montados: o primeiro foi conduzido em condições gnotobióticas, com utilização das estirpes BR 11417 (ZAE94 - Herbaspirillum seropedicae) e BR 11340 (M130 - Burkholderia sp.), duas doses de molibdênio, 1,12 e 2,25 g, e duas fontes, molibdato de sódio e molibdato de amônio. As sementes foram peletizadas com inoculante turfoso com bactérias diazotróficas e o molibdênio. Em seguida as cultivares foram plantadas em tubos de ensaio com capacidade para 120 mL com 60 mL da solução de Hoagland sem nitrogênio por 30 dias. Foi avaliada a matéria seca das plantas. O segundo experimento foi conduzido em vasos em casa de vegetação, com as mesmas estirpes e dosagens de molibdênio. Foram avaliados a produção e o N total dos grãos. O delineamento estatístico foi inteiramente casualizado com quatro repetições e quatro plantas por vaso. Foram observados aumentos na produção de grãos nas cultivares IR42 e IAC4440 de 88 e 57%, respectivamente, com a adição ao inoculante turfoso, das estirpes ZAE94 e M130 com molibdênio.

Recobrimento de sementes de milho com ácidos húmicos e bactérias diazotróficas endofíticas

O objetivo deste trabalho foi avaliar o efeito do recobrimento de sementes de milho com ácidos húmicos (AH), bactérias diazotróficas endofíticas e o uso em conjunto de AH e bactérias diazotróficas endofíticas, na estimulação do crescimento vegetal e na população de bactérias estabelecidas na planta hospedeira. A adição de AH, bactérias e o uso em conjunto estimularam o crescimento vegetal. Os AH utilizados no recobrimento de sementes de milho têm menor capacidade de estimular o crescimento radicular, em comparação ao uso em solução. O recobrimento de sementes é uma opção de inoculação de bactérias diazotróficas endofíticas da espécie Herbaspirillum seropedicae (Z67).