(1) Doutoranda do Curso de Pós-Graduação em Ecologia e Recursos Naturais, Universidade Federal do Ceará. mariavaleria@yahoo.com.br
(2) Doutoranda do curso de Pós-Graduação em Ecologia e Recursos Naturais, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, Ceará;
(3) Estudante de Graduação em Agronomia, Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, Ceará;
(4) Professora Doutora do Departamento de Biologia da Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, Ceará. (5) Professora Doutora do Departamento de Biologia da Universidade Federal do Ceará, Fortaleza, Ceará.
SOLUBILIZAÇÃO DE FOSFATO POR CEPAS DE RIZÓBIOS DE
REGIÃO SEMIÁRIDA
SILVA, Valéria Maria Araújo1; MENESES, Ana Clarice de Azevedo2; CHAVES, Vitor Gomes3*; MARTINS, Suzana Cláudia Silveira4; MARTINS, Cláudia Miranda5
RESUMO: O fósforo representa um dos elementos mais essenciais a todas as formas de vida,
entretanto devido sua baixa mobilidade, poucos organismos são capazes de realizar sua mineralização. Fazendo parte desse grupo restrito, encontram-se os rizóbios, bactérias que se associam simbioticamente com leguminosas, como o feijão-caupi (Vigna unguiculata), e atuam na solubilização de fósforo inorgânico no solo. Neste sentido, o presente estudo objetivou avaliar a capacidade de solubilização de compostos fosfatados por cepas de rizóbios isoladas de nódulos radiculares de feijão-caupi do semiárido nordestino. Vinte e seis cepas previamente isoladas de amostras de solo do semiárido foram inoculadas em meio PVK (Pikovskaya) e incubadas a 28ºC por 14 dias. A presença de um halo claro ao redor da colônia foi indicativa da solubilização de fosfato. O índice de solubilização (IS) foi determinado pelas medidas em milímetros dos diâmetros do halo de solubilização e da colônia. A capacidade de solubilização de fosfato foi observada em apenas 19% (5) das cepas de rizóbios. As cepas L91 e L96 destacaram com ISs de 2,83 e 2,33, respectivamente, enquanto que as cepas L102, L105 e L109 foram identificadas como de baixa solubilização (IS<2). A capacidade de solubilizar compostos fosfatados por essas cepas demonstra o potencial desses micro-organismos na disponibilização de macronutrientes importantes para promoção do crescimento vegetal.
Palavras-Chave: Diazotróficas. Feijão-caupi. Solo.
ABSTRACT: Phosphorus is one of the most essential elements of all life forms. However,
due to its low mobility, few organisms are capable of performing their mineralization. As part of this restricted group, there are rhizobia, bacteria capable of symbiotically associating with legumes, such as cowpea (Vigna unguiculata), and to act in the solubilization of inorganic phosphorus in the soil. In this sense, the present study aimed to evaluate the solubilization capacity of phosphate compounds by strains of rhizobia isolated from root nodules of cowpea of the northeastern semi-arid region. The 26 strains were inoculated in PVK (Pikovskaya) medium and incubated at 28 ° C for 14 days. The presence of a clear halo around the colony was indicative of phosphate solubilization. Subsequently, determination of the solubilization index (SI) occurred by measuring the solubilization halo and colony diameter. The phosphate solubilization capacity was observed in only 19% (5) of the rhizobia strains. Strains L91 and L96 stood out with ISs of 2.83 and 2.33, respectively, whereas strains L102, L105 and L109 were identified as low solubilization (SI <2). The ability to solubilize phosphate compounds by these strains demonstrates the potential of these microorganisms in providing macronutrients important for promoting plant growth.
INTRODUÇÃO
O fósforo (P) e o nitrogênio (N) são macronutrientes importantes para todas as formas de vida (MUNIR; BANO; FAISAL, 2019) e, considerando a produtividade vegetal, P e N são fundamentais à sua otimização. A maior parte do fósforo contido nos solos encontra-se na forma orgânica ou inorgânica, de difícil acesso às plantas, o que limita o desenvolvimento destas (DHULL et al., 2018). Para aquisição do P, as plantas interagem com micro-organismos como as bactérias solubilizadoras de fosfato (BSF) que, podem atuar na dissolução desse elemento (KAFLE et al., 2019). Em resposta, as plantas fornecem fontes de carbono, incluindo ácidos orgânicos, essenciais ao crescimento microbiano (KHAN et al., 2010).
Dentre as bactérias com potencial para solubilizar fosfato estão os rizóbios, incluindo os gêneros Bradyrhizobium, Rhizobium, Mesorhizobium e Sinorhizobium (KUMAR; RAGHU RAM, 2014; DHULL et al., 2018). Os rizóbios são bactérias diazotróficas simbiontes que por meio da fixação biológica de N (FBN), promovem o crescimento das plantas (KARTHIK et al., 2017). A simbiose rizóbio-leguminosa como resultado da FBN confere aos rizóbios uma função importante na realização de serviços ecossistêmicos (ORRELL; BENNETT, 2013).
O feijão-caupi [Vigna unguiculata (L.) Walp.] é uma leguminosa, tida como promíscua em relação à simbiose com os rizóbios, capaz de estabelecer associação simbiótica com várias espécies e gêneros como Rhizobium e Bradyrhizobium (NDUNGU et al., 2018), sendo assim utilizada como planta-isca. Além dos benefícios da solubilização de fosfato, tornando o P mais acessível às plantas, os rizóbios devido à eficiência da FBN, podem incrementar o crescimento de leguminosas como o feijão-caupi, disponibilizando N (CHAGAS JÚNIOR et al., 2010). Neste sentido, o objetivo deste estudo foi avaliar in vitro o potencial de isolados de rizóbios, oriundos de nódulos de feijão-caupi do semiárido nordestino, na solubilização de compostos fosfatados.
MATERIALEMÉTODOS
Foram utilizadas 26 cepas de rizóbios oriundas de amostras de solo da rizosfera de 12 leguminosas coletadas na estação seca no Parque Nacional de Ubajara (PNU). As cepas foram inoculadas em Vigna unguiculata (feijão-caupi), autenticadas e caracterizadas por Silva et al. (2014) e Feitoza et al. (2015) como Bradyrhizobium spp. (L84, L85, L86, L87, L89, L90, L92, L93, L94, L95, L97, L99, L101, L102, L103, L104, L107, L108, L109) e Burkholderia spp. (L91, L96, L105). As cepas L83, L98, L100 e L110 não foram identificadas. As cepas foram inoculadas em quadruplicata na forma de spots em placas de Petri em meio PVK (Pikovskaya
Ágar) composto de: glicose (10 g); extrato de levedura (0,5 g); Ca3(PO4)2 (5 g); (NH4)2SO4 (0,5g); KCl (0,2 g); NaCl (0,2 g); MgSO4.7H2O (0,1 g); MnSO4.H2O (traços); FeSO4.7H2O (traços); ágar (15g), 1000 mL de água destilada e pH 7,2 (PIKOVSKAYA, 1948). Depois, foram incubadas a 28ºC por 14 dias em B.O.D. e ao final deste período foi observado a presença de um halo claro ao redor da colônia, indicativo da solubilização de fosfato (SALCEDO et al., 2014). O IS foi determinado pela razão entre o diâmetro do halo de solubilização (Ds) e o diâmetro da colônia (Dc) medidos em milímetros através de um paquímetro digital. As médias aritméticas dos IEs foram avaliadas pelo teste de normalidade Shapiro-Wilk, e posterior a análise de variância foi realizado o teste de Tukey a 95% de significância utilizando o programa estatístico Prims 5.0 (GraphPad Software*, San Diego, CA).
RESULTADOSEDISCUSSÃO
Dentre as 26 cepas de rizóbios apenas cinco (19%) foram capazes de solubilizar compostos fosfatados (Figura 1). Fatores diversos como a concentração de ferro, variações de temperatura, fontes de C e N influenciam fortemente a capacidade de solubilização de P pelos micro-organismos (GHOSH et al., 2016). Além disso, o P no solo apresenta grande reatividade com alguns elementos como cálcio (Ca), alumínio (Al), ferro (Fe) e magnésio (Mg) formando compostos de baixa solubilidade (CHAGAS JÚNIOR et al., 2010)
FIGURA 1: Solubilização de fosfato por cepas de rizóbios. Médias seguidas das mesmas letras não diferem estatisticamente de acordo com o teste de Tukey a 95% de significância.
L91 L96 L102 L105 L109 0 1 2 3 4 a ab bc c c Rizóbios Ín d ic e d e S o lu b ili z a ç ã o
Duhll et al. (2018) ao isolarem rizóbios de leguminosas de regiões áridas e semiáridas da Índia constataram que de 14 cepas, sete foram solubilizadoras de fosfato, e apenas uma cepa apresentou eficiência de solubilização de 79%, indicando assim, variações entre os rizóbios quanto a capacidade de solubilizar fosfato inorgânico. Apesar do reduzido número de cepas reportado como capazes de solubilizar fosfato insolúvel, as bactérias Gram-negativas parecem
ser mais eficientes do que as Gram-positivas (MASSENSSINI et al., 2016). Um estudo realizado por Carvalho et al. (2016) com bactérias isoladas da rizosfera de cactáceas da região semiárida do Ceará, demonstrou que 62% das cepas solubilizadoras de fosfato eram Gram-negativas.
A análise de variância mostrou que as médias dos IS variaram significativamente entre as cepas, p<0,05. Segundo classificação sugerida por Hara e Oliveira (2004) a cepa L91 apresentou maior IS (2,83) sendo apontada como de média solubilização, assim como a cepa L96 com IS de 2,33, ambas caracterizadas como pertencentes ao gênero (Burkholderia spp). Já as cepas L102, L109 e L105 apresentaram IS de 1,93, 1,29 e 1,24, respectivamente, sendo consideradas como de baixa solubilização. Chagas Júnior et al. (2010) avaliando 205 cepas de rizóbios isoladas de amostras de solos da Amazônia, identificaram que 56% foram solubilizadoras de fosfato com predominância de cepas com baixo IS, assim também como demonstrado no presente estudo. De acordo com Ingle e Padole (2017) solos de regiões tropicais e subtropicais apresentam deficiência de fósforo e a presença de BSF é importante, uma vez que influenciam diretamente na fertilidade do solo, através de processos como, a mineralização, decomposição e liberação de nutrientes.
A capacidade de micro-organismos simbiontes como os rizóbios para atuar através de mecanismos diretos e indiretos, como a solubilização de compostos fosfatados e a produção de fito hormônios é considerado um fator importante associado a nutrição vegetal e a consequente promoção do crescimento das plantas em ambientes áridos e semiáridos (OUFDOU et al., 2017; SINGH; GERA, 2018). Além disso, a simbiose termina por favorecer o micro-organismo, que se encontra protegido no interior do nódulo, da competição pela microbiota rizosférica (DHULL et al., 2018).
CONCLUSÕES
Cepas de rizóbios do semiárido apresentaram a capacidade de solubilizar fosfato inorgânico, sendo consideradas promissoras na promoção do crescimento vegetal.
REFERÊNCIAS
CARVALHO, R. M. M. et al. Bactérias solubilizadoras de fosfato em solo rizosférico da caatinga. Revista Geonorte, Edição Especial 5, v.7, n.26, p.48- 60, 2016.
CHAGAS JUNIOR, A. F. et al. Capacidade de solubilização de fosfatos e eficiência simbiótica de rizóbios isolados de solos da Amazônia. Acta Scientiarum Agronomy, v. 32, n. 2, p. 359-366, 2010.
DHULL, S. et al. Phosphate solubilization activity of rhizobial strains isolated from root nodule of cluster bean plant native to Indian soils. International Journal of Current Microbiology
and Applied Sciences, v. 7, n. 4, p. 255-266, 2018.
FEITOZA, R. M. et al. Physiological and biochemistry diversity of rhizobium strains from the semiarid. Enciclopédia Biosfera, v. 11, p. 794-806, 2015.
GHOSH, R. et al. Role of phosphate solubilizing Burkholderia spp. for successful colonization and growth promotion of Lycopodium cernuum L.(Lycopodiaceae) in lateritic belt of Birbhum district of West Bengal, India. Microbialogical Research, v. 183, p. 80-91, 2016.
HARA, F. A. S.; OLIVEIRA, L. A. Características fisiológicas e ecológicas de isolados de rizóbios oriundos de solos ácidos e álicos de Presidente Figueiredo, Amazonas. Acta
Amazonica, v. 34, n. 2, p. 343-357, 2004.
INGLE, K. P.; PADOLE, D. A. Phosphate Solubilizing Microbes: An Overview. International
Journal of Current Microbiology and Applied Sciences, v. 6, n. 1, p. 844-852, 2017.
KAFLE, A. et al. Harnessing Soil Microbes to Improve Plant Phosphate Efficiency in Cropping Systems. Agronomy, v. 9, n. 127, p. 1-15, 2019.
KARTHIK, C. et al. Isolation and characterization of multi-potential Rhizobium strain ND2 and its plant growth-promoting activities under Cr (VI) stress. Archives of Agronomy and Soil
Science, v.63, n. 8, p. 1058–1069, 2017.
KHAN, M. S. et al. Plant growth promotion by phosphate solubilizing fungi–current perspective. Archives of Agronomy and Soil Science, v. 56, n. 1, p. 73–98, 2010.
KUMAR, G; RAGHU RAM, M. Phosphate solubilizing rhizobia isolated from Vigna trilobata.
American Journal of Microbiological Research, v. 2, n. 3, p. 105-109, 2014.
MASSENSSINI, A. M. et al. Isolamento e caracterização de bactérias solubilizadoras de fosfato da rizosfera de Eucalyptus sp.. Revista Árvore, v.40, n.1, p.125-134, 2016.
MUNIR, I.; BANO, A.; FAISAL, M. Impact of phosphate solubilizing bacteria on wheat (Triticum aestivum) in the presence of pesticides. Brazilian Journal of Biology, v. 79, n. 1, p. 29-37, 2019.
NDUNGU, S. M. et al. Cowpea (Vigna unguiculata L. Walp) hosts several widespread bradyrhizobial root nodule symbionts across contrasting agro ecological production areas in Kenya. Agriculture, Ecosystems and Environment, v. 261, p. 161–171, 2018.
ORRELL, P.; BENNETT, A. E. How can we exploit above-belowground interactions to assist in addressing the challenges of food security? Frontier in Plant Science, v. 4, n, 432, p. 1-11, 2013.
OUFDOU, K. et al. Symbiotic rhizobacteria for improving of the agronomic effectiveness of phosphate fertilizers, Procedia Engineering, v. 138, p. 325-331, 2016.
PIKOVSKAYA, R.I. Mobilization of phosphorus in soil connection with the vital activity of some microbial species. Microbiology, v. 17, p. 362-370, 1948.
SALCEDO, L. D. P. et al. Screening phosphate solubilizing actinobacteria isolated from the rhizosphere of wild plants from the Eastern Cordillera of the Colombian Andes. African
Journal of Microbiology Research, v. 8, n. 8, p. 734-742, 2014.
SINGH, K.; GERA, R. Assessing phosphate solubilization ability of Sesbania grandiflora rhizobia isolated from root nodules using diverse agroecological zones of Indian soils for biofertilizer production. International Journal of Chemical Studies, v. 6, n. 4, p. 398-402, 2018.
SILVA, L. L. et al.. Diversidade de rizóbio da unidade de conservação Parque Nacional de Ubajara no Estado do Ceará. Enciclopédia Biosfera, v. 10, p. 2141-2156, 2014.
