Evaluation of water stress and co-inoculation of Azospirillum brasilense and Rhizobium tropici in beans (Phaseolus vulgaris l) / Avaliação do estratégio de água e co-inoculação de Azospirillum brasilense e Rhizobium tropici in beans (Phaseolus vulgaris l) / Evaluación del estrés hídrico y la coinoculación de Azospirillum brasilense y Rhizobium tropici en frijoles (Phaseolus vulgaris l)

Climate change has caused major changes in abiotic factors, with water stress as the greatest threat to agricultural production. The measures aimed at alleviating the problems caused by this limiting production factor have occurred through the adoption of sustainable strategies, especially microbial biotechnology, which uses the interactions between the microorganism and the plant, ensuring productive quality and inducing plant resistance to stresses biotic and abiotic. The objective of the present work was to evaluate the biological nitrogen fixation and the development of bean seedlings, with co-inoculation of two types of inoculants, which were subjected to water stress by different pot capacities. The experiment was conducted in a greenhouse, at Universidade Paranaense - UNIPAR, from April to June 2019. The experimental design was completely randomized (DIC), with 5 replications, 16 treatments and 80 experimental units. The cultivar used was SCS Riqueza. The parameters evaluated were pot capacity (25%, 50%, 75% and 90%); small, large and total nodules, shoot and root length, dry and fresh weight, total carbon and nitrogen. The evaluation of the morphological parameters of the bean seedlings indicated that the co- inoculation technique promoted beneficial effects for the dry mass parameters of shoot, nodule and root. The analysis of the percentage of carbon and nitrogen in the tissues of the seedlings provided an increase in the concentration of these elements in treatments that involved co-inoculation (Azospirillum brasilensis and Rhizobium tropici) with pot capacities of 25 and 75% (CV), demonstrating that the association of microorganisms is beneficial in the limiting water situation.(AU)

A mudança climática tem causado grandes mudanças nos fatores abióticos, sendo o estresse hídrico a maior ameaça à produção agrícola. As medidas destinadas a aliviar os problemas causados por este fator limitante de produção ocorreram através da adoção de estratégias sustentáveis, especialmente a biotecnologia microbiana, que utiliza as interações entre o microorganismo e a planta, garantindo a qualidade produtiva e induzindo a resistência da planta ao estresse biótico e abiótico. O objetivo do presente trabalho foi avaliar a fixação biológica de nitrogênio e o desenvolvimento de mudas de feijão, com co-inoculação de dois tipos de inoculantes, que foram submetidos ao estresse hídrico por diferentes capacidades de vaso. A experiência foi realizada em uma estufa, na Universidade Paranaense - UNIPAR, de abril a junho de 2019. O projeto experimental foi completamente randomizado (DIC), com 5 réplicas, 16 tratamentos e 80 unidades experimentais. A cultivar utilizada foi a SCS Riqueza. Os parâmetros avaliados foram a capacidade do vaso (25%, 50%, 75% e 90%); nódulos pequenos, grandes e totais, comprimento do rebento e da raiz, peso seco e fresco, carbono total e nitrogênio. A avaliação dos parâmetros morfológicos das mudas de feijão indicou que a técnica de co-inoculação promoveu efeitos benéficos para os parâmetros de massa seca do turião, nódulo e raiz. A análise da porcentagem de carbono e nitrogênio nos tecidos das mudas proporcionou um aumento na concentração destes elementos nos tratamentos que envolveram a co-inoculação (Azospirillum brasilensis e Rhizobium tropici) com capacidades de vaso de 25 e 75% (CV), demonstrando que a associação de microorganismos é benéfica na situação limite da água.(AU)

El cambio climático ha provocado importantes cambios en los factores abióticos, siendo el estrés hídrico la mayor amenaza para la producción agrícola. Las medidas encaminadas a paliar los problemas causados por este factor limitante de la producción se han producido mediante la adopción de estrategias sostenibles, especialmente la biotecnología microbiana, que utiliza las interacciones entre el microorganismo y la planta, asegurando la calidad productiva e induciendo la resistencia de la planta a los estreses bióticos y abióticos. El objetivo del presente trabajo fue evaluar la fijación biológica de nitrógeno y el desarrollo de plántulas de frijol, con la co-inoculación de dos tipos de inoculantes, que fueron sometidos a estrés hídrico por diferentes capacidades de maceta. El experimento se realizó en un invernadero, en la Universidade Paranaense - UNIPAR, de abril a junio de 2019. El diseño experimental fue completamente al azar (DIC), con 5 repeticiones, 16 tratamientos y 80 unidades experimentales. El cultivar utilizado fue SCS Riqueza. Los parámetros evaluados fueron capacidad de maceta (25%, 50%, 75% y 90%); nódulos pequeños, grandes y totales, longitud de brotes y raíces, peso seco y fresco, carbono y nitrógeno total. La evaluación de los parámetros morfológicos de las plántulas de frijol indicó que la técnica de coinoculación promovió efectos beneficiosos para los parámetros de masa seca de brotes, nódulos y raíces. El análisis del porcentaje de carbono y nitrógeno en los tejidos de las plántulas proporcionó un aumento en la concentración de estos elementos en los tratamientos que involucraron la coinoculación (Azospirillum brasilensis y Rhizobium tropici) con capacidades de maceta de 25 y 75% (CV), demostrando que la asociación de microorganismos es beneficiosa en la situación de agua limitante.(AU)

Desarrollo de un sistema de fermentación líquida y de enquistamiento para una bacteria fijadora de nitrógeno con potencial como biofertilizante / Development of a liquid fermentation system and encystment for a nitrogen-fixing bacterium strain having biofertilizer potential

El uso indiscriminado de fertilizantes químicos ha contribuido al deterioro de las propiedades biológicas, físicas y químicas del suelo, lo que derivó en la pérdida de su capacidad productiva. Por esta razón, se ha planteado como alternativa tecnológica el uso de biofertilizantes. El objetivo de esta investigación fue desarrollar un sistema de fermentación líquida y de enquistamiento adecuado para la multiplicación de Azotobacter chroococcum cepa AC1, una bacteria utilizada en la formulación de un biofertilizante actualmente producido por CORPOICA, Colombia. Se emplearon diseños estadísticos secuenciales para determinar las condiciones del sistema de fermentación. Se evaluaron la interacción entre la agitación, la aireación y el pH sobre la biomasa viable obtenida de AC1 (UFC/ml), que se tomó como variable de respuesta. Además, se evaluó la capacidad de enquistamiento de esta bacteria empleando 2 agentes de enquistamiento, AE01 y AE02. La actividad potencial promotora del crecimiento vegetal fue evaluada por medio del ensayo de ARA (fijación biológica de nitrógeno), la técnica de azul de fosfomolibdeno (solubilización de fosfato) y la reacción colorimétrica empleando el reactivo de Salkowski (producción de compuestos indólicos). Se evidenciaron efectos significativos (p <0,05) sobre la producción de biomasa de los 3 factores evaluados (pH, aireación y agitación) individualmente, de una interacción dual y en la interacción tripartita, teniendo un efecto positivo sobre la variable de respuesta la aireación y agitación. La adición de los inductores de enquistamiento AE01 y AE02 demostró la capacidad de la cepa AC1 para formar quistes en condiciones de estrés. Asimismo, las condiciones de fermentación y el enquistamiento no afectaron las actividades biológicas evaluadas.

The indiscriminate use of chemical fertilizers has contributed to the deterioration of the biological, physical and chemical properties of the soil, resulting in the loss of its productive capacity. For this reason, the use of biofertilizers has emerged as a technological alternative. The objective of this research was to develop a suitable liquid fermentation system and encystment for the multiplication of Azotobacter chroococcum AC1 strain, a bacterium employed in a biofertilizer formulation produced at present by CARPOICA, Colombia. Sequential statistical designs were used to determine the conditions in the fermentation system. The interaction between agitation, aeration and pH was evaluated on the viable biomass (CFU/ml) of AC1. In addition, the encystment ability of the strain was evaluated using two encystment agents and the potential plant growth-promoting rhizobacteria (PGPR) activity was assessed by different techniques, such as nitrogen fixation by ARA, phosphate solubilization by the phospho-molybdenum-blue reaction and indolic compound production by colorimetric reaction using the Salkowski reagent. Results showed significant effects (p <0.05) on the viable biomass in the three conditions (pH, aeration and agitation) tested individually, in one dual interaction and one tripartite interaction, were demonstrated to have a positive effect on the response variable aeration and agitation. The addition of the two encystment agents evaluated, AE01 and AE02, demonstrated the ability of AC1 to form cysts under stress conditions. Likewise, fermentation and encystment conditions did not affect the biological activities tested.

Infectividad y efectividad de rizobios aislados de suelos de la Costa Caribe colombiana en Vigna unguiculata / Infectivity and effectiveness of isolated rhizobia from colombian Caribbean Soils in Vigna unguiculata

Es el primer estudio en Colombia que abarca una evaluación de rizobios nativos asociados a frijol Caupí (Vigna unguiculata L. Walp.) en los departamentos del Cesar y la Guajira. En esta investigación, se demostró que la utilización de aislamientos de rizobios nativos aislados a partir de nódulos, mejoraron el desarrollo del frijol Caupí (Vigna unguiculata L. Walp.), siendo estas bacterias más eficientes que los tratamientos químicos y absolutos (sin inóculo ni fertilización) y que las cepas inducidas mejorando además, la fijación biológica de nitrógeno y la tasa fotosintética. Como aportes del estudio, se determinó que en condiciones de invernadero la fertilización biológica fue más eficiente que la química y que, de acuerdo a los resultados obtenidos de las diferentes variables agronómicas evaluadas, esto podría influir positivamente en los rendimientos nutricionales del cultivo, base alimentaria de los sistemas ganaderos de estas regiones del país y fuente alimenticia de la comunidad indígena y de bajos recursos económicos.

This is the first study in Colombia which covers an evaluation of native rhizobium associated to the Caupí bean (Vigna unguiculata L. Walp.) in the departaments of Cesar and Guajira. In this research it was demonstrated that the use of native rhizobium isolated from nodes, improved the development of the Caupí bean (Vigna unguiculata L. Walp.), being this bacteria more efficient than the chemical and absolute treatments (without inoculum and fertilization) also improving the biological nitrogen fixation and the photosynthetic rate. As contribution of the study, it was determined that in greenhouse conditions and according to the results obtained from differents measured agronomic variables, this could influence positively in the nutritional performance of the crop, basis of food of the cattle system of this regions of the country and the food source of the indigenous community of low economic income.

Diazotrophic bacteria isolated from wild rice Oryza glumaepatula (Poaceae) in the Brazilian Amazon / Bacterias diazotróficas aisladas de arroz silvestre Oryza glumaepatula (Poaceae) en la Amazonia brasileña

The association of wild grasses with diazotrophic bacteria in Brazilian biomes is poorly understood. The isolation and characterization of bacteria associated with wild grasses can contribute to understand the diazotrophic ecology as well as to identify bacteria with biotechnological applications. In this study, we isolated and characterized diazotrophic bacterial isolates from Oryza glumaepatula collected in Cerrado and Forest areas of the Amazon in Roraima State, Brazil. Healthy O. glumepatula plants were collected at five sampling sites at Forest and seven at Cerrado, respectively. The plants were collected at the Cerrado areas in September 2008 while the Forest plants were collected in June/2008 and April/2009. The plants and the soil adhering to the roots were transferred to pots and grown for 35 days in greenhouse conditions. During the harvest, the shoots and the roots were crushed separately in a saline solution; the suspension was diluted serially and inoculated in Petri dishes containing Dyg’s medium. All distinct bacterial colonies were purified in the same medium. The diazotrophic capacity of each bacterium in microaerophilic conditions was assessed in semisolid BMGM medium. In addition, the pellicles forming bacterial isolates were also evaluated by PCR amplification for nifH gene. The diversity of nifH+ bacteria was analyzed by Box-PCR fingerprinting. For selected strains, the growth promoting capacity of O. sativa as a model plant was also evaluated. A total of 992 bacterial isolates were obtained. Fifty- one bacteria were able to form pellicles in the semisolid medium and 38 also positively amplified the 360bp nifH gene fragment. Among the 38 nifH+ isolates, 24 were obtained from the shoots, while 14 originated from the roots. The Box-PCR profiles showed that the bacterial isolates obtained in this study presented a low similarity with the reference strains belonging to the Herbaspirillum, Azospirillum and Burkholderia genus. The growth- promoting ability was confirmed for at least five isolates. For these bacteria, the root and shoot growing results showed higher increases when compared to those observed in plants inoculated with the evaluated reference strains. These results indicate that O. glumaepatula is colonized by a high diverse diazotrophic community in the Brazilian Amazon. Further investigations are now being carried out to determine the taxonomic positions of these isolates and their growth promoting mechanisms.

La asociación de gramíneas silvestres con bacterias diazotróficas en los biomas brasileños es poco conocida. El aislamiento y caracterización de las bacterias asociadas con gramíneas silvestres puede contribuir a entender la ecología de las diazotróficas y bacterias con aplicaciones biotecnológicas. En este estudio, caracterizamos aislamientos bacterianos de diazotróficas de Oryza glumaepatula recolectadas en Cerrado y zonas boscosas de la Amazonía en el estado de Roraima, Brasil. Plantas sanas de O. glumepatula fueron recolectadas en cinco zonas boscosas y siete en Cerrado. Las plantas de Cerrado fueron recolectadas en septiembre 2008, mientras que las del bosque en Junio 2008 y Abril 2009. Las plantas y el suelo adherido a las raíces se transfirieron a macetas y se cultivaron durante 35 días en condiciones de invernadero. Durante la cosecha, los brotes y las raíces se trituraron por separado en una solución salina, la suspensión se diluyó en serie y se inocularon en placas Petri que contenían medio Dyg. Todas las colonias de bacterias se purificaron en el mismo medio. Se evaluó la capacidad diazotrófica de cada bacteria en condiciones microaerofílicas en medio semisólido BMGM. Además, los aislamientos bacterianos que formaron películas se evaluaron también mediante amplificación por PCR para el gen nifH. La diversidad de bacterias nifH+ se analizó por Huella Genética utilizando la Reacción en Cadena de la Polimerasa. Para las cepas seleccionadas, la capacidad de promover el crecimiento de O. sativa como modelo de planta también se evaluó. Se obtuvo un total de 992 cepas bacterianas. Cincuenta y un bacterias fueron capaces de formar películas en el medio semisólido y 38 amplificaron positivamente el fragmento 360bp del gen nifH. De los 38 aislamientos de nifH+, 24 fueron obtenidos de los brotes, mientras que 14 se originaron a partir de las raíces. Los perfiles de PCR-Box mostraron que los aislamientos bacterianos obtenidos en este estudio presentaron una baja similitud con las cepas de referencia pertenecientes a Herbaspirillum, Azospirillum y el género Burkholderia. La capacidad promotora del crecimiento fue confirmada por al menos cinco aislamientos. Para esta bacteria, la raíz y brote mostraron resultados de crecimiento mayores en comparación con los observados en las plantas inoculadas con las cepas de referencia. Estos resultados indican que O. glumaepatula es colonizada por una muy diversa comunidad diazotrófica en la Amazonia brasileña. Se están llevando a cabo otras investigaciones para esclarecer la taxonomía de estas cepas y sus mecanismos para promover el crecimiento.

Selección y caracterización de rizobacterias promotoras de crecimiento vegetal (RPCV) asociadas al cultivo de algodón (Gossypium hirsutum) / Selection and characterization of plant growth promoting rhizobacteria (PGPR’s) associated with cotton crop (Gossypium hirsutum)

Como parte de las estrategias de una agricultura sostenible, se hace necesario disminuir el uso de fertilizantes nitrogenados de síntesis, mediante la utilización de los biofertilizantes. En particular, los géneros Azotobacter y Azospirillum son utilizados como agentes promotores de crecimiento vegetal debido a su capacidad para fijar nitrógeno atmosférico y producir hormonas de tipo indólico. Por tal razón, en este estudio se aislaron bacterias diazotróficas de los géneros Azotobacter y Azospirillum a partir de la rizósfera de cultivos de algodón en el Espinal (Tolima). Las poblaciones microbianas se caracterizaron fenó­picamente en los medios de cultivo semiespecificos: Ashby y LG (Azotobacter sp.) y NFb, LGI y Batata (Azospirillum sp.). La promoción de crecimiento vegetal se determinó mediante la actividad de la enzima nitrogenasa por medio de la técnica de reducción de acetileno y producción de índoles por el método colorimérico de Salkowsky. Se obtuvieron 9 aislamientos tentativos de Azotobacter sp. y 4 de Azospirillum sp. Se presentaron diferencias significativas en la prueba de reducción de acetileno con las cepas presuntivas de Azotobacter sp.: NAT 9 (206.43 nmol C2H2 mL-1.h-1), NAT 4, (292.77 nmol C2H2 mL-1.h-1), y NAT 6 (460.60 nmol C2H2 mL-1.h-1) y en la producción de índoles de las cepas NAT 19 (19.87 íµg.mL-1) y NAT 13 (20.08 íµg.mL-1). Por su eficiencia In vitro en la promoción de crecimiento vegetal se seleccionaron las cepas NAT9, NAT4, NAT6, NAT19 y NAT13 para ser evaluadas como principio activo en futuros inoculantes para el algodón en esta zona del departamento del Tolima.

As part of strategies for sustainable agriculture, it is necessary to reduce the use of synthetic nitrogen fertilisers through the use of biofertilisers. In particular, the genera Azotobacter and Azospirillum are used as plant growth promoters because of their ability to fix atmospheric nitrogen and indolic type hormones. For this reason, in this study were isolated diazotrophic bacteria of the genera Azotobacter and Azospirillum from the rhizosphere of cotton crops in Espinal (Tolima). The microbial populations were characterized phenotypically in specific semi culture media: Ashby and LG (Azotobacter sp.) and NFb, LGI and Batata (Azospirillum sp.). The promotion of plant growth was determined by the enzyme nitrogenase activity through acetylene reduction technique and production of indoles by the salkowsky colorimetric method. 9 isolates were obtained tentative Azotobacter sp. and 4 of Azospirillum sp. Significant differences in acetylene reduction test with presumptive strains of Azotobacter sp.: NAT 9 (206.43 nmol C2H2 mL-1.h-1), NAT, 4, (292.77 nmol C2H2 mL-1.h-1), and NAT 6 (460.60 nmol C2H2 mL-1.h-1) and indole production strains NAT 19 (19.87 µg.mL-1) and NAT 13 (20.08 µg.mL-1). In vitro efficiency in promoting plant growth were selected strains NAT9, NAT4, NAT6, NAT19 and NAT13 to be evaluated as active in future inoculants on cotton in this part of the department of Tolima.

CARACTERIZACIÓN DE BACTERIAS DIAZOTRÓFICAS ASIMBIÓTICAS ASOCIADAS AL EUCALIPTO (Eucalyptussp.) EN CODAZZI, CESAR (COLOMBIA) / Characterization of Diazotrophic Bacteria Non-Symbiotic Associated with Eucalyptus (Eucalyptussp.) in Codazzi, Cesar (Colombia)

Se evaluó el efecto de las épocas climáticas (lluvia y sequía) y del estrato de la muestra (suelo rizosférico, raíces y hojas) sobre la población de los géneros Azotobacter, Beijerinckia, Derxia, Azospirillum, Herbaspirillum, Gluconacetobacter y Burkholderia en el Eucalipto (Eucalyptus sp.). Así mismo, se evalúo su capacidad en la producción de compuestos indólicos como promotores del crecimiento vegetal y su actividad de reducción de acetileno como indicador de la fijación biológica de nitrógeno. Los resultados no registraron diferencias estadísticas significativas en el test de Tukey (P ≤ 0.05) en la población con respecto a la época climática. Con respecto al estrato de muestra, los aislamientos tentativos de Herbaspirillum sp. y Azospirillum sp. presentaron diferencias significativas en suelo rizosférico y raíces. Se obtuvieron 44 aislamientos de los cuales se agruparon por caracterización fenotípica como: 14 presuntivos de Beijerinckia sp., 12 de Azotobacter sp., ocho de Derxia sp., cuatro de Herbarpirillum sp., cinco de Azospirillum sp., uno de Gluconacetobacter sp. y uno de Burkholderia sp. Por su alto potencial fueron seleccionados y criopreservados los aislamientos C27, C26 y C25, las cuales presentaron los mejores valores de eficiencia in vitro, superando valores de producción de las cepas de referencia utilizadas (A. chroococcum (AC1) y A. brasilense (SP7)).

The effect of climatic seasons (rainy and dry) and the stratum sample (rhizospheric soil, roots and leaves) the population of the genera Azotobacter, Beijerinckia, Derxia, Azospirillum, Herbaspirillum, Gluconacetobacter and Burkholderia in soil rhizosphere, roots and leaves of Eucalyptus (Eucalyptus sp.). It also assesses their ability to produce indoles compounds as plant growth promoters and their acetylene reduction activity as an indicator of biological fixation of nitrogen. The results showed no statistically significant differences in the Duncan test (P ≤ 0.05) in the population with respect to the climate epoch, suggesting that these bacteria are able to tolerate stress conditions by different physiological mechanisms. With respect to the stratum sample isolates attempts of Herbaspirillum sp. and Azospirillum sp. significant differences in rhizospheric soil and roots. We obtained 44 isolates of which were grouped by phenotypic characterization as 14 suspected of Beijerinckia sp., 12 Azotobacter sp., 8 Derxia sp., 4 Herbaspirillum sp., 5 Azospirillum sp., 1 Gluconacetobacter sp. and 1 Burkholderia sp. Due to their high potential were selected isolates C27, C26 and C25. These four strains present the best values of efficiency in vitro, exceeding production values of the reference strains used (A. chroococcum (AC1) and A. brasilense (SP7)).