Impacto do uso de Rhizobium no rendimento de feijão-caupi Embrapa Agrobiologia (Seropédica, RJ)...
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Impacto do uso de Rhizobium no rendimento
de feijão-caupi• Embrapa Agrobiologia
(Seropédica, RJ)– Norma Gouvêa
Rumjanek – Gustavo Ribeiro Xavier
• UNEB (Juazeiros, BA)– Lindete Miria Vieira
Martins
• UFRPE (Recife, PE)– Carolina Etienne dos
Santos
• UFERSA (Mossoró, RN)– Claudia Miranda Martins
Agrobiologia
CONACMini-curso
Teresina, PI22 a
24/5/2006
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Programa
23/5
Introdução à FBN, nodulação, especificidade da simbiose, diversidade do rizóbio – Norma G. Rumjanek
Inoculante, normas técnicas, RELARE – Gustavo R. Xavier
24/5
Como se seleciona uma estirpe de rizóbio para ser utilizada como inoculante – Norma G. Rumjanek
Perspectivas futuras, pesquisa participativa, novos veículos – Gustavo R. Xavier
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Fixação Biológica de Nitrogênio
Norma Gouvêa Rumjanek
Uma breve introdução...
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Gramíneas: arroz, trigo, milho, sorgo, cevada...
Leguminosas: soja, amendoim, feijão...
Leguminosas alto teor protéico, 2 a 3 vezes maior do que os cereais algumas leguminosas, soja e amendoim, também alto teor
de óleo leguminosas estão dispersas em todo o planeta, porém é
mais comum em áreas tropicais e sub-tropicais
Alimentação humana
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teor de proteínaX
disponibilidade de N
Eucariotos: plantas, animais e seres humanos não conseguem fixar o N2
Procariotos: possuem a enzima, nitrogenase que reduz o N2 produzindo amônia
N278%
O221%
CO20,03%
atmosfera
solo
-em pequenas concentrações
-nem sempre prontamente disponível
-exceto quando há alto teor de MO
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Fixação Biológica de Nitrogênio
O N2 é a maior fonte de N disponível
produzir N combinado a partir de N2
contribui para o desenvolvimento vegetal e para a fertilidade do solo
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Reação de redução do N2 atmosférico
pela nitrogenase
N N
ATP, Mg2NH3 + H2N2 + 8e +
8H+ nitrogenase
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hidrogenase
ATP
nitrogenase
N2 NH4+ +
H2
ATP + H2O
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Fenótipo em soja
Hup+ maior eficiência simbiótica
menor competitividade
Hup- menor eficiência simbiótica
maior competitividade
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Controle do oxigênio
•Nitrogenase é sensível ao oxigênio – dificuldade de purificação
•Aporte de elétrons e ATPs
Presença de leghemoglobina
Produção de exopolissacarídeos
Interior do nódulo
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Rizóbio dentro de um nódulo
Cada nódulo tem cerca de 109
células bacterianas
Microscópio de varredura
Nódulos ativos e novos
Presença de leghemoglobina
Lupa
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Rizóbio no solo envolto por uma cápsula de exopolissacarídeo, que protege a célula contra a
dessecação. Também facilita a aderência à superfície da raiz.
Microscopia de transmissão: Frank Dazzo (obtida de homepage)
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Nódulos em raízes de Vicia faba, de acordo com ilustração de Malpighi
(1679)
Patógeno radicular
?
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Identificação do rizóbio - primeiros passos
1888 - Beijerinck: isolamento e purificação da bactéria presente no nódulo
1879 - Frank: mostrou que sementes de leguminosas cultivadas em solos esterilizados não formavam nódulos
1886 a 1888 - Hellriegel: realizou experimentos em áreas com pouco nitrogênio
leguminosas: bom desenvolvimento
outras famílias: desenvolvimento ruimConclusão: as leguminosas poderiam estar aproveitando o N2 da atmosfera1887 - Ward: usou nódulos macerados
para inocular sementes de leguminosas cultivadas em solos esterilizados
Já tem mais de 1
século que este
grupo de bactérias
é conhecido
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Simbiose
• relação benéfica para ambos os organismos;
• simbiose leguminosa x rizóbio: é um dos melhores exemplos e também um dos mais bem estudados;
planta: recebe N para o seu crescimento
bacteróide: tem um nicho protegido, rico em nutrientes
(cerca de 30% do C fixado pela fotossíntese é exudado pela raiz).
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genes nod
lipoquito oligossacarídeoproteína
Nod D
rizóbio
lipoquitooligossacarídeo
1. encurvamento do pelo radicular
2. formação do cordão de infecção
3. divisão de células do córtex radicular
raiz de leguminosa
exudato radicular
flavonóides
Como é formadoo nódulo…
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Formação do nódulo
Efeito rizosfera
Encurvamento do pelo
radicular
Formação do nódulo
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Células de Rhizobium trifolii aderidas à superfície da ponta da raiz de trevo
Foto: Frank Dazzo (obtida de homepage)
12
2
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Rhizobium trifolii aderidos à superfície da raiz de trevo. Formação de uma rede de microfibrilas (celulose/exopolissacarídeos)
Foto: Frank Dazzo (obtida de homepage)
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B.
japonicumB.
japonicum
R. leguminosaru
m
R. leguminosaru
m
controle
R. meliloti
Efeito de fatores de nodulação em raiz de siratro
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Microscopia de varredura de uma célula infectada de Vicia faba,
mostrando bacteróides alongados(Sprent, 1979)
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Microscopia eletrônica de transmissão de células de Glycine max contendo
bacteródies ativos
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Nodulação em espécies não-leguminosas promovidas por actinomicetos do gênero
Frankia
Microscopia de varredura de nódulode Myrica Células infectadas
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Nódulos radiculares
nódulos radiculares
nódulos caulinares
crescimento determinado
crescimento indeterminado
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nóduloscaulinares
nódulosradiculares
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Nódulos caulinares
de Sesbania rostrata
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Fixação Biológica de Nitrogênio
inoculado
não inoculado
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Siratro cultivado em condições estéreis
não inoculado
inoculado
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Quantificação da FBN em caupi
N fixado Referênciakg N fixado.ha-1 % do N total da planta
73-354 - Nutman (1976)9-51 - Boddey et al. (1989)3,5 - Watanabe et al. (1990)- 83-89 Eaglesham et al. (1977)- 90 Minchin & Summerfield (1978)- 66 Ofori et al. (1987)- 42-72 Ankomah et al. (1996)
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Especificidade na interação da leguminosa com bactérias do grupo
“rizóbio”
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Rizóbio tropical
• Altamente diverso;
• estirpes de crescimento lento;
• reconhecem um grande número de hospedeiros;
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raiz de leguminosa
flavonóides lipoquitooligossacarídeos
rizóbio
**
* *
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Teste de inoculação cruzada
0
20
40
60
80
100
% d
e is
ola
do
s
nodulação eficaz
nodulação ineficaz
nodulação não observada
Carolina E. Santos
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Isolados de amendoim
Isolados de A. americana
Isolados de S.guianensis
Nod em Stylosant
hes
Nod em caupi
Nod em amendoi
m e siratro
Nod em Aeschynome
ne
Esquema de inoculação cruzada
Carolina E. Santos
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St+
Am+
Am-
Am-
Si-
Si+
Si+
Aes+
Aes+
Ca+
Ca+
Ca+Estirpes isoladas de nódulos de amendoim
Estirpes isoladas de nódulos de Aeschynomene
Estirpes isolada de nódulo de Aeschynomene
Estirpes isoladas de nódulos de Stylosanthes
Dendrograma de estirpes de rizóbio de acordo com resultado de inoculação cruzada
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Competividade entre estirpes de rizóbio tropical
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Produção de bacteriocina em meio de cultura
BR29
B.elkanii
BR33B.japonicum
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0
25
50
75
100
% d
e o
cup
ação
no
du
lar
5s13
2a17
8a4
Taxa de ocupação em nódulo de caupi
por 3 estirpes utilizadas como inoculante
Brasil
EUA
Nigéria
Gustavo R. Xavier
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Diversidade do rizóbio tropical
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Família Rhizobiaceae~ Bergey´s manual 1984 ~
Rizóbio (rhiza: raiz e bios: vida – o que vive na raiz)
1) Células estimulam a formação de nódulos em raízes de leguminosas. Quando em simbiose reduzem N2 atmosférico
2 gêneros classificados:• Rhizobium (Frank 1889) - crescimento rápido em meio com
manitol/extrato de levedura, geralmente nodulam leguminosas temperadas, reação ácida no meio. Teor G+C: 59-64
• Bradyrhizobium (Jordan 1982) - crescimento lento em meio com manitol/extrato de levedura, geralmente nodulam leguminosas tropicais, reação alcalina no meio. Teor G+C: 61-65
2) Células não causam a formação de nódulos nas raízes mas a maioria das spp produzem outros tipos de hipertrofia em várias plantas. Não fixam nitrogênio
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Rhizobium (Frank 1889)
• Bastonetes. Geralmente contém grânulos de Poli-B-hidroxibutirato• Não forma esporo• Gram-negativa• Motilidade através de 1 flagelo polar ou subpolar ou vários ao redor da
célula• Aerobiose• Capaz de crescer em microaerofilia• Colônias são circulares, convexas, semi-translúcidas, produtoras de muco• Utilizam uma faixa ampla de fontes de carbono• Produção de muco abundante em meio contendo carboidrato• Reação ácida quando cresce em manitol ou outros carboidratos• Fonte de N: sais de amônio, nitrato e a maioria dos aminoácidos• São capazes de formar nódulos com leguminosas de clima temperado e
algumas de clima tropical• Nos nódulos, assume formas pleomórficas (bacteróides)
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Bradyrhizobium (Jordan 1982)
• Bastonetes. Geralmente contém grânulos de Poli-B-hidroxibutirato• Não forma esporo• Gram-negativa• Motilidade através de 1 flagelo polar ou subpolar• Aeróbico• Capaz de crescer em microaerofilia• Colônias são circulares, convexas, opacas, produtoras de muco• Utilizam uma faixa ampla de fontes de carbono• Produção de muco abundante em meio contendo carboidrato• Reação alcalina quando cresce em manitol ou em outros carboidratos• Fonte de N: sais de amônio, nitrato e alguns aminoácidos• São capazes de formar nódulos com leguminosas de clima tropical e
algumas de clima temperado• Nos nódulos, assume formas pleomórficas (bacteróides)
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Estirpes de rizóbio
isoladas de nódulos de
caupi cultivado
em amostras de solo do Nordeste do Brasil Bradyrhizobi
um japonicum
BR 2001
Rhizobium
Sinorhizobium
Azorhizobium
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Rhizobium
Sinorhiz.
Mesorhiz.
sem similaridade com spp descritas
Bradyrhiz.
Azorhiz.
Isolados de nódulos de amendoim
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Alteração do pH do meio de cultura
por estirpes de rizóbio
0
20
40
60
80
100
Arach
is s
pp
Stylo
santh
es spp
Aeschyn
omene s
pp
Arach
is s
pp
Stylo
santh
es spp
Aeschyn
omene s
pp
Arach
is s
pp
Stylo
santh
es spp
Aeschyn
omene s
pp
% d
e is
ola
do
s
reção ácida
reação alcalina
1 dia >2 dias2 dias
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0
10
20
30
40
50
Arachis spp Stylosanthes spp Aeschynomene spp
%
Composição dos grupos de rizóbio isolados de
nódulos radiculares de gêneros da tribo
Aeschynomeneae
***
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Espécies da tribo Aeschynomeneae
Riqueza de grupos de rizóbio isoladosde nódulos radiculares
0
1
2
3
4
5
6
7
Índice de Margalef
S-1/logN
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0
1
2
3
4
5
Eng. U
mbu
IAC 5
BR 1
IAC J
umbo
IAC 8
112
IAC 8
86 L 7
IAC T
atu
Índice de Margalef
Riqueza de grupos de rizóbio isolados
de nódulos radiculares de
cultivares de amendoim
S-1/logN