Antagonic and plant growth-promoting effects of bacteria isolated from mine tailings at El Fraile, Mexico / Efecto antagónico y promotor del crecimiento vegetal de bacterias aisladas de losjales mineros de El Fraile, México

Abstract Mine tailings contain high concentrations of heavy metals such as As, Pb, Cu, Mn, andFe, which are detrimental to the health of humans and the environment. In tailings at the ElFraile mine in Guerrero, Mexico, some plant species are apparently tolerant of heavy metals andcan be found growing in the tailings. These plants could be associating with heavy metal-tolerantbacteria that promote plant growth and improve biomass production, and these bacteria couldbe a useful alternative for bacteria-assisted phytoremediation. The objective of this study wasto isolate bacteria detected in the mine tailings at El Fraile-Taxco, focusing on those in the soilfrom the rhizosphere, the inner tissue of the root, leachate, and water, which have the poten-tial to promote plant growth. The ability of the isolated bacteria to promote plant growth wasevaluated in vitro. Of the 151 morphotypes isolated, 51% fix nitrogen, 12% dissolve phosphates,and 12%, 39.7%, and 48.3% produce indole acetic acid, gibberellins, and siderophores, respec-tively. In addition, 66.7% were observed to produce lytic enzymes, such as proteases, celluloses,lipases, esterases, and amylases, which exhibited activity against Fusarium, Aspergillus, andColletotrichum. The use of 16S rRNA analysis led to the identification of the bacterial generaChryseobacterium, Bacillus, Pseudomonas, Mycobacterium, Staphylococcus, Curtobacterium,Enterobacter, Agrobacterium, Ochrobactrum, Serratia, Stenotrophomonas, and Acinetobac-ter. The bacteria isolated from the rhizosphere exhibited the greatest ability to fix nitrogenand produced indole acetic acid, gibberellins, siderophore, and lytic enzymes. In addition, theisolates collected from the soil samples demonstrated ability to solubilize phosphate.

Resumen Los jales mineros contienen una alta concentración de metales pesados como As, Pb, Cu, Mn y Fe. Estas altas concentraciones de metales son perjudiciales para la salud humana y el medio ambiente. En los jales mineros de El Fraile, México, es posible detectar especies de plantas tolerantes a los metales pesados; estas plantas podrían estar asociadas con bacterias capaces de promover su crecimiento, además de poseer actividad antagonista contra hongos. El objetivo de este estudio fue aislar de diferentes microambientes (suelo rizosférico, tejido de raíz, lixiviado y agua) del área del jale El Fraile bacterias con potencial de promover el crecimiento vegetal y actividad antagonista contra hongos fitopatógenos. Estudios in vitro demostraron que el 51% de los morfotipos aislados (151 en total) fijan nitrógeno y el 12% disuelven fosfatos. Asimismo, el 12, 39,7 y 48,3% producen ácido indolacético, giberelinas y sideróforos, respectivamente. Por otro lado, se observó que el 66,7% producía enzimas líticas como proteasas, celulasas, lipasas, esterasas y amilasas, además de exhibir actividad antagonista contra Fusarium, Aspergillus y Colletotrichum. Mediante análisis del gen 16S ARNr, se identificó a estas bacterias como pertenecientes a los géneros Chryseobacterium, Bacillus, Pseudomonas, Mycobacterium, Staphylococcus, Curtobacterium, Enterobacter, Agrobacterium, Ochrobac-trum, Serratia, Stenotrophomonas y Acinetobacter. Las bacterias de la rizosfera exhibieron la mayor capacidad para fijar nitrógeno y produjeron ácido indolacético, giberelinas, sideróforos y enzimas líticas. Además, se detectó que las cepas aisladas de suelo rizosférico eran las que tenían la capacidad de solubilizar fosfatos.

Evaluación de fijadores biológicos de nitrógeno libres sobre el crecimiento de gramíneas en suelo degradado / Evaluation of free nitrogen biological fixers on the growth of grasses on degraded soil

RESUMEN Los problemas de degradación del suelo que se presentan actualmente permiten que los fijadores biológicos de nitrógeno libre (FBNL), tengan potencial como microorganismos regeneradores de este recurso. Con el objetivo de evaluar su capacidad como grupo funcional, se buscó el aislamiento en medios selectivos Ashby y FBN. Luego de su caracterización morfológica y bioquímica; se inocularon dos tipos de semillas, Zea mays y Brachiaria decumbens; sembradas en un suelo degradado (predio La Ortega de la Universidad de Medellín). Se realizaron 4 tratamientos con 5 repeticiones, durante 36 días en invernadero. Los resultados más destacados los presentó la Brachiaria decumbens al incrementar el peso seco y la longitud de sus raíces gracias a un aislado FBNL (AshAssm4); lo que sugiere su potencial utilización para mejorar los procesos de revegetalización.

ABSTRACT Due to the problems of soil degradation that currently occur, the free nitrogen biological fixers (FNBF), have potential as regenerating microorganisms of this resource. With the objective of evaluating its capacity as a functional group, isolation was sought in selective media Ashby and FBN; after its morphological and biochemical characterization; two types of seeds were inoculated, Zea mays and Brachiaria decumbens; planted in degraded soil (La Ortega property of the Universidad de Medellín). Four treatments were performed with 5 repetitions, during 36 days in the greenhouse. The most outstanding results are those described by Brachiaria decumbens by increasing the dry weight and the length of its roots thanks to a FNBF isolate (AshAssm4); which suggests its potential use to improve revegetalization processes.

Rizobacterias promotoras de crecimiento en Guarianthe skinneri (Orchidaceae) / Growth-promoting rhizobacteria from Guarianthe skinneri (Orchidaceae)

Resumen La orquídea Guarianthe skinneri está incluida en la norma NOM-059-ECOL-2010 de México como una especie amenazada. Con el fin de estudiar las BPCV (bacterias promotoras del crecimiento vegetal) en esta orquídea, se recolectaron 10 raíces de diferentes plantas para aislar bacterias asociadas a las raíces, que se analizaron mediante pruebas in vitro como: producción de AIA, fijación de nitrógeno, interacción con el hongo micorrízico Thanatephorus sp. cepa RG26 y solubilización de fosfato. De los 71 aislados bacterianos se caracterizaron 10 cepas mediante secuenciación con el marcador 16s rADN y se identificaron seis cepas: Sphingomonas sp., Sinorhizobium sp., Bacillus sp., Nocardia cerradoensis, Bacillus megaterium y Burkholderia phytofirmans. Se observó que la bacteria Sinorhizobium sp. produjo mayor cantidad de AIA (69.189 µg/ml) y Bacillus sp. presentó mayor reducción de acetileno (10.251 nmol cultivo/96 h). En las interacciones de las bacterias y el hongo RG26 se presentaron cuatro categorías (sumamente positivo, positivo, antagonismo 50-50 e inhibición). En relación a la solubilización de fosfato, la bacteria Burkholderia phytofirmans presentó mayor IS a las 48 y 96 hr con IS de 3.11 y 3.48, respectivamente. Los resultados indican que Bacillus sp. pudiera tener las mejores características para promover el desarrollo de la orquídea G. skinneri mediante la inoculación de semillas y plántulas.

Abstract The Guarianthe skinneri orchid is included in NOM-059-ECOL-2010, Mexico standard as an endangered species. In order to study PGPR (promoting growth plant rhizobacteria) from this orchid, 10 roots were collected from different plants to isolate bacteria associated with the roots, which were analyzed by in vitro tests such as: production of AIA, nitrogen fixation, interaction with the mycorrhizal fungus Thanatephorus sp. strain RG26 and phosphate solubilization. We obtain 71 bacterial isolates, 10 strains of them were characterized by sequencing with the 16d rDNA marker identifying six bacteria: Sphingomonas sp. Sinorhizobium sp. Bacillus sp. Nocardia cerradoensis, Bacillus megaterium and Burkholderia phytofirmans. We observed that the bacterium Sinorhizobium sp. produced a greater amount of AIA (69.189 μg/ml) and Bacillus sp. performed greater acetylene reduction (10.251 nmol cultivo/96h). In the interactions of the bacteria and the fungus RG26, four categories were presented (extremely positive, positive, antagonism 50-50 and inhibition). In relation to the solubilization of phosphate, Burkholderia phytofirmans presented higher IS after 48 and 96 hr with an IS of 3.11 and 3.48, respectively. The results indicate that Bacillus sp. it could have the best characteristics to promote the development of the G. skinneri orchid by inoculating seeds and seedlings. Rev. Biol. Trop. 66(3): 953-968. Epub 2018 September 01.

Genome misclassification of Klebsiella variicola and Klebsiella quasipneumoniae isolated from plants, animals and humans / Clasificación errónea de aislados de Klebsiella variicola y Klebsiella quasipneumoniae obtenidos de plantas, animales y humanos

Abstract: Objective: Due to the fact that K. variicola, K. quasipneumoniae and K. pneumoniae are closely related bacterial species, misclassification can occur due to mistakes either in normal biochemical tests or during submission to public databases. The objective of this work was to identify K. variicola and K. quasipneumoniae genomes misclassified in GenBank database. Materials and methods: Both rpoB phylogenies and average nucleotide identity (ANI) were used to identify a significant number of misclassified Klebsiella spp. genomes. Results: Here we report an update of K. variicola and K. Quasipneumoniae genomes correctly classified and a list of isolated genomes obtained from humans, plants, animals and insects, described originally as K. pneumoniae or K. variicola, but known now to be misclassified. Conclusions: This work contributes to recognize the extensive presence of K. variicola and K. quasipneumoniae isolates in diverse sites and samples.

Resumen: Objetivo: Identificar genomas mal clasificados de K. variicola, y K. quasipneumoniae en la base de datos del GenBank. Material y métodos: En el presente estudio se usaron tanto análisis filogenéticos usando rpoB como la identidad media de nucleótidos (ANI, por sus siglas en ingles) para identificar un número significativo de genomas del género Klebsiella. Resultados: Se reportó una actualización de genomas de K. variicola y K. quasipneumoniae correctamente clasificados y una lista de aquellos aislamientos obtenidos de seres humanos, plantas, animales e insectos, descritos originalmente como K. pneumoniae o K. variicola pero ahora se conoce que están mal clasificados. Conclusiones: Este trabajo contribuye a la presencia extensiva de aislamientos de K. variicola y K. quasipneumoniae en diversos sitios y muestras.

Situación de las legumbres en Chile: Una mirada agronómica / The status of legumes in Chile: an agronomic view

RESUMEN Las legumbres juegan un rol fundamental en la agricultura moderna; su inclusión en los sistemas agrícolas permite hacer un uso más sostenible de los recursos, ya que mejoran la fertilidad de los suelos, reducen la dependencia a los fertilizantes químicos al fijar el nitrógeno del aire, favorecen la rotación de cultivos tradicionales, principalmente cereales, y mejoran el tenor proteico de los cultivos que le suceden en la rotación. En este artículo se entregan aspectos relacionados con la situación agrícola actual de las legumbres en Chile, con datos estadísticos en cuanto a la evolución de la superficie sembrada, rendimiento, importaciones y requerimiento interno. A su vez, se dan a conocer las principales ventajas agronómicas de este grupo de cultivos y los problemas de manejo más importantes que han llevado, a este rubro, a tener la situación actual de desmedro en términos de producción en el país. Finalmente, se presentan una serie de desafíos factibles de llevar a cabo y que podrían revitalizar a este grupo de cultivos tan importantes desde un punto de vista ambiental como alimenticio.

ABSTRACT Legumes play a fundamental role in modern agriculture; their inclusion in the farming system allows a sustainable use of resources. This is due to the fact that legumes improve soil fertility by fixing atmospheric nitrogen, thus reducing the need for chemical fertilizer. Likewise, they improve crop rotation, mainly in cereal crops, increasing the protein content of successive crops. In this article, we describe aspects of the current legume situation in Chile with statistical data relative to the trends of sowing area, yield, imports and internal demand. This article also presents the agronomical advantages of using legumes and the main problems associated with crop management that has deteriorated production in this country. Finally, we present possible solutions to reinvigorate production of this crop, which is important from both an environmental and nutrition perspective.

Caracterización y efecto de Azotobacter, Azospirillum y Pseudomonas asociadas a Ipomoea Batatas del Caribe Colombiano / Characterization and effect of Azotobacter, Azospirillum and Pseudomonas associated with Ipomoea Batatas of Colombian Caribbean

Resumen El uso de Rizobacterias promotoras de crecimiento vegetal (PGPR, por sus siglas en ingles) constituye una alternativa al uso de fertilizantes químicos favoreciendo el rendimiento de los cultivos. La presente investigación tuvo como objetivo la búsqueda, selección y caracterización de PGPB de los géneros Azotobacter, Azospirillum y Pseudomonas nativas de la rizósfera de cultivos de Ipomoea batatas de zonas productoras representativas del Caribe Colombiano. Los aislados seleccionados se caracterizaron molecularmente y realizaron pruebas de solubilización de fósforo, producción de índoles y reducción de acetileno. Las cepas fueron probadas a nivel de invernadero en plántulas de Ipomoea batatas producidas in vitro en las que se evaluó la altura, longitud radicular, masa seca de la parte aérea y radicular. Asociada a la rizósfera de Ipomoea batatas se obtuvieron cepas de Azotobacter vinelandii, Azotobacter chroococcum, Azospirillum lipoferum, Azospirillum brasilense y Pseudomonas denitrificans, las cepas fueron capaces de solubilizar fósforo, producir índoles y reducir acetileno. Se obtuvo incrementos en parámetros de crecimiento como longitud radicular, altura, peso seco aéreo y radicular en plántulas de Ipomoea batatas en invernadero con la inoculación de las bacterias seleccionadas frente a plántulas sin inocular. Los resultados catalogan a los aislados obtenidos como posibles microorganismos con potencial como biofertilizantes en batata.

Abstract The use of plant growth promoting Rhizobacteria (PGPR) is an alternative to replace chemical fertilizers for the cultivation of agricultural crops. The aim of this research was to search, selection and characterization of PGPR from the genus Azotobacter, Azospirillum and Pseudomonas natives from sweet potato (Ipomoea batatas) plants and rhizosphere of representative production regions of the Colombian Caribbean. Selected isolates were identified by molecular methods and they were screenedin vitrofor activities related to plant growth such as phosphate solubilization, indole production and acetylene reduction. The strains were tested in the greenhouse on plants of Ipomoea batatas produced in vitro. The height, root length, dry mass of the shot and root were evaluated. Associated with sweet potato crop us finded strains identificated as Azotobacter vinelandii, Azotobacter chroococcum, Azospirillum lipoferum, Azospirillum brasilense and Pseudomonas denitrificans. The strains were able to solubilize phosphate, synthesize indole-3-acetic acid (IAA) and reduce acetylene. The inoculation of bacteria selected increased growth parameters such as root length, height, dry weight root and shoot in plants of sweet potato in greenhouse. Those results catalog to the isolated obtained as possible microorganisms with potential as biofertilizers in sweet potato.

Evaluation of three methods for preservation of Azotobacter chroococcum and Azotobacter vinelandii

La preservación de bacterias es asunto de granimportancia debido a que muchas de ellas son usadas enprocesos biotecnológicos que requieren mantener su viabilidad ypropiedades genéticas. En este estudio, se evaluaron tres métodospara la preservación de A. chroococcum C26 y A. vinelandii C27;criopreservación, liofilización, e inmovilización en polímerossecos, durante 60, 30 y 60 días, respectivamente. A su vez, seestudió el efecto de tres agentes protectivos para la liofilizacióny para la criopreservación y cuatro polímeros. La eficiencia delos métodos fue evaluada contando células viables y midiendoactividad como fijación de nitrógeno. Los resultados mostraronque la mejor técnica, la cual mantuvo la viabilidad y la actividad,fue la liofilización, seguida por inmovilización y criopreservación.La liofilización mantuvo estable la habilidad bacteriana para fijarnitrógeno, la tasa de sobrevivencia bacteriana (TSB) fue superioral 80%; y el mejor resultado se evidenció cuando se usó S/BSAcomo agente protectivo. La inmovilización mantuvo la BSRsuperior al 80%, y la fijación de nitrógeno fue disminuida en 20%.La criopreservación tuvo pérdida sustancial de viabilidad para C26(TSB aprox. 70%); mientras que C27 se preservó bien. La fijaciónde nitrógeno fue significativamente disminuida para ambas cepasindependientemente del agente crioprotectivo usado (P < 0.05).Los resultados sugieren que el éxito de los métodos de preservaciónpara Azotobacter depende de la técnica, el agente protectivo y la cepausada; siendo la liofilización con S/BSA la técnica con mejoresresultados para preservar las bacterias de este género...

Because the use of bacteria for biotechnological processes requires maintaining their viability and geneticstability, preserving them becomes essential. Here, we evaluated three preservation methods for A.chroococcum C26 and A. vinelandii C27; preservation methods: cryopreservation and immobilization in drypolymers for 60 days, and freeze-drying for 30. We evaluated their efficiency by counting viable cells andmeasuring nitrogen fixation activity. Additionally, we assessed the effect of three protective agents forfreeze-drying, three for cryopreservation, and four polymers. Freeze-drying proved the best technique tomaintain viability and activity, followed by immobilization and cryopreservation. Bacterial nitrogen fixingability remained unchanged using the freeze-drying method, and bacterial survival exceeded 80%; S/BSAwas the best protective agent. Immobilization maintained bacterial survival over 80%, but nitrogen fixationwas decreased by 20%. Lastly, cryopreservation resulted in a dramatic loss of viability for C26 (BSRapprox. 70%), whereas C27 was well preserved. Nitrogen fixation for both strains decreased regardless ofthe cryoprotective agent used (P < 0.05). In conclusion, the success of Azotobacter preservation methodsdepend on the technique, the protective agent, and the strain used. Our results also indicated that freezedryingusing S/BSA is the best technique to preserve bacteria of this genus...

Porque o uso de bactérias para processos biotecnológicos,requer a manutenção da sua viabilidade e estabilidade genética,preserva-las é essencial Avaliaram-se três métodos de preservação deA. chroococcum C26 e A. vinelandii C27; criopreservação, liofilização, eimobilização de polímeros secos. Examinamos também o efeito deagentes protetores para liofilizar, para a criopreservação, e polímeros.A eficiência foi avaliada contando as células viáveis e medindoa atividade como a fixação do azoto. Os resultados mostraramque a melhor técnica foi a liofilização seguida de imobilização ecriopreservação. A liofilização manteve inalterada a capacidadeda bactéria para fixar o azoto, e o melhor resultado foi observadoquando se usou S/BSA como agente protetor. A criopreservaçãoresultou em uma perda dramática de viabilidade para C26 (TSBaprox. 70%.), enquanto que C27 foi bem preservada. A fixaçãode azoto foi significativamente diminuída para ambas as estirpes,independentemente do agente crioprotector utilizado (P < 0.05).Em conclusão, os resultados sugerem que o êxito dos métodosde conservação de Azotobacter dependem da técnica, do agente deproteção, e da estirpe utilizada, sendo a liofilizacao com S/BSA amelhor técnica para preservar as bactérias deste género...

Efectividad de cepas rizobianas nativas de sabana en vigna unguiculata (L.) walp. cv. C4A-3 / Effectiveness of savannah native rhizobial strains in vigna unguiculata (L.) walp. cv. C4A-3

Se estima que la población mundial se incrementará y demandará mayor cantidad de alimentos y uso de fertilizantes nitrogenados. En Venezuela, el frijol es altamente consumido y se cultiva en las sabanas orientales, cuyas características edáficas pueden afectar negativamente la población rizobiana. Estos planteamientos refuerzan la importancia de la evaluación de la flora rizobiana nativa, y enfatizan la necesidad de aumentar la explotación de la fijación biológica de nitrógeno. En este contexto, se evaluaron 6 cepas rizobianas en el cultivar C4A-3, aisladas, de frijol cv. Tejero Criollo y previamente catalogadas como efectivas (JV91, JV94 y JV101) e inefectivas (JV99, JV103, y JV104) en el cultivar TC9-6. El experimento se llevó a cabo en umbráculo por 45 días, donde además se incluyeron dos tratamientos control no inoculados. La suspensión de las cepas individualmente cultivadas se usó para inoculación. De acuerdo con la tipología de la nodulación (número de nódulos, peso total y por nódulo, tamaño y color), los valores de los parámetros de crecimiento (peso seco, altura y número de hojas del vástago) y los estimados de la concentración de nitrógeno y nitrógeno total, las cepas JV91, JV99 y JV101, fueron las más efectivas en la fijación de nitrógeno. El nitrógeno total y la concentración de nitrógeno tuvieron una correlación significativa con peso seco, altura y número de hojas del vástago. Los resultados muestran la existencia de cepas efectivas en los suelos de sabana para este cultivar, y enfatizan la importancia de evaluar las cepas indígenas, antes de proceder a la inoculación con foráneas.

It is estimated that world-wide population will increase and demand higher amount of food and use of nitrogen fertilizer. In Venezuela, cowpea is highly consumed and is cultivated in eastern savannahs, whose soil characteristics may negatively affect rhizobial population. These expositions reinforce the importance of the evaluation of the native rhizobial flora and emphasize the necessity to increase the exploitation of the Biological Nitrogen Fixation. In this context, 6 rhizobial strains isolated from cowpea cv. Tejero Criollo non-inoculated and previously catalogued as effectives (JV91, JV94 y JV101) and ineffectives (JV99, JV103, y JV104) in cultivar TC9-6 were evaluated in the cultivar C4A-3. The experiment was carried out in greenhouse by 45 days, where in addition, two non-inoculated control treatments were included. Suspension of individually cultivated strains was used for inoculation. Accordingly with nodulation typology (nodule number, total dry weight and per nodule and colour), growth parameter values (shoot dry weight, height and leaves number) and nitrogen concentration and total nitrogen estimates, the strains JV91, JV99 and JV101 were the most effective in nitrogen fixation. Total nitrogen and concentration correlated significantly with dry weight and height of shoots and leaves number. The results show the existence of effective strains in savannah soils for this cultivar, and emphasize the importance of evaluating the indigenous strains, before proceeding to inoculate with foreign strains.

Relación de la fijación de nitrógeno y la producción de auxinas en cepas de Gluconacetobacter dizotrophicus / Relationships between nitrogen fixation and auxins production in Gluconacetobacter diazotrophicus strains from different crops

Se determinó la capacidad de fijar nitrógeno mediante la actividad reductora de acetileno para 8 cepas de G. diazotrophicus aisladas de diferentes ecosistemas empleando el medio LGI-P. Además, se determinó la producción de auxinas a través del método de Salkowski y se analizó la influencia del aminoácido triptófano y del AIA en la actividad de la nitrogenasa. El triptófano, al igual que otros aminoácidos y las diferentes concentraciones de AIA, inhiben en distinta medida la actividad de la enzima solo parcialmente. Se demostró que las condiciones de nitrofijación no afectan la producción de AIA en esta bacteria. Esta relación entre ambas capacidades fisiológicas beneficiosas para los cultivos agrícolas pudiera tener gran importancia ya que pueden desarrollarse paralelamente, y potenciar la acción beneficiosa hacia la planta, basada en la dinitrofijación y la producción de auxinas estimuladoras del crecimiento vegetal.

The capacity to fix nitrogen of 8 strains of G. diazotrophicus from different ecosystems was determined by acetylene reduction assay using LGIP medium. Moreover, auxins production was determined by Salkowski’s method and the influence of triptophan and indoleacetic acid (IAA) in the nitrogenase activity were analyzed. The triptophan as other aminoacids and different concentrations of IAA, inhibit at different levels the nitrogen fixation only partially. There were demonstrated that the nitrogen fixation conditions do not affect the auxins production of this bacteria. This relationship between both crop beneficial physiological capacities should be a great importance since they may be parallely developed, and enhance the beneficial action to the plant, based on dinitrogen fixation and stimulating plant growth auxins production.