Thermo-resistant enzyme-producing microorganisms isolated from composting / Microrganismos produtores de enzimas termo-resistentes isolados de compostagem

Organo-mineral fertilizers supplemented with biological additives are an alternative to chemical fertilizers. In this study, thermoresistant microorganisms from composting mass were isolated by two-step procedures. First, samples taken at different time points and temperatures (33 days at 52 ºC, 60 days at 63 ºC, and over 365 days at 26 ºC) were pre-incubated at 80 oC for 30 minutes. Second, the microbial selection by in vitro culture-based methods and heat shock at 60 oC and 100 oC for 2h and 4h. Forty-one isolates were able to grow at 60 °C for 4h; twenty-seven at 100 °C for 2h, and two at 100 °C for 4h. The molecular identification by partial sequencing of the 16S ribosomal gene using universal primers revealed that thirty-five isolates were from eight Bacillus species, one Brevibacillus borstelensis, three Streptomyces thermogriseus, and two fungi (Thermomyces lanuginosus and T. dupontii). Data from amylase, phytase, and cellulase activity assays and the enzymatic index (EI) showed that 38 of 41 thermo-resistant isolates produce at least one enzyme. For amylase activity, the highest EI value was observed in Bacillus licheniformis (isolate 21C2, EI= 4.11), followed by Brevibacillus borstelensis (isolate 6C2, EI= 3.66), Bacillus cereus (isolate 18C2, EI= 3.52), and Bacillus paralicheniformis (isolate 20C2, EI= 3.34). For phytase, the highest EI values were observed for Bacillus cereus (isolate 18C2, EI= 2.30) and Bacillus licheniformis (isolate 3C1, EI= 2.15). Concerning cellulose production, B. altitudinis (isolate 6C1) was the most efficient (EI= 6.40), followed by three Bacillus subtilis (isolates 9C1, 16C2, and 19C2) with EI values of 5.66, 5.84, and 5.88, respectively, and one B. pumilus (isolate 27C2, EI= 5.78). The selected microorganisms are potentially useful as a biological additive in organo-mineral fertilizers and other biotechnological processes.

Os fertilizantes organo-minerais suplementados com aditivos biológicos são uma alternativa aos adubos químicos. Neste estudo, microrganismos termoresistentes foram isolados de compostagem por procedimentos de duas etapas. Inicialmente, as amostras tomadas em diferentes períodos e temperaturas (33 dias a 52 ºC, 60 dias a 63 ºC e mais de 365 dias a 26 ºC) foram pré-incubadas a 80 oC por 30 minutos. Posteriormente, a seleção microbiana foi conduzida por métodos baseados em cultura in vitro e choque térmico a 60 oC e 100 oC por 2h e 4h. Quarenta e um isolados foram capazes de crescer a 60 °C por 4h; vinte e sete a 100 °C por 2h e dois a 100 °C por 4h. A identificação molecular por sequenciamento parcial do gene ribossomal 16S usando primers universais revelou que trinta e cinco isolados eram de oito espécies de Bacillus, um Brevibacillus borstelensis, três Streptomyces thermogriseus e dois fungos (Thermomyces lanuginosus e T. dupontii). Os dados dos ensaios de atividade de amilase, fitase e celulase e o índice enzimático (IE) mostraram que 38 dos 41 isolados termorresistentes produziram pelo menos uma enzima. Para a atividade da amilase, o maior valor de IE foi observado em Bacillus licheniformis (isolado 21C2, IE = 4,11), seguido por Brevibacillus borstelensis (isolado 6C2, IE = 3,66), Bacillus cereus (isolado 18C2, IE = 3,52) e Bacillus paralicheniformis (isolado 20C2, IE = 3,34). Para a fitase, os maiores valores de IE foram observados para B. cereus (isolado 18C2, IE = 2,30) e B. licheniformis (isolado 3C1, IE = 2,15). Em relação à produção de celulose, B. altitudinis (isolado 6C1) foi o mais eficiente (IE = 6,40), seguido por três Bacillus subtilis (isolados 9C1, 16C2 e 19C2) com valores de IE de 5,66, 5,84 e 5,88, respectivamente, e um B. pumilus (isolado 27C2, IE = 5,78). Pode-se inferir que os microrganismos selecionados são potencialmente úteis como aditivos biológicos em fertilizantes organo-minerais e outros processos biotecnológicos.

Thermo-resistant enzyme-producing microorganisms isolated from composting

Abstract Organo-mineral fertilizers supplemented with biological additives are an alternative to chemical fertilizers. In this study, thermoresistant microorganisms from composting mass were isolated by two-step procedures. First, samples taken at different time points and temperatures (33 days at 52 ºC, 60 days at 63 ºC, and over 365 days at 26 ºC) were pre-incubated at 80 oC for 30 minutes. Second, the microbial selection by in vitro culture-based methods and heat shock at 60 oC and 100 oC for 2h and 4h. Forty-one isolates were able to grow at 60 °C for 4h; twenty-seven at 100 °C for 2h, and two at 100 °C for 4h. The molecular identification by partial sequencing of the 16S ribosomal gene using universal primers revealed that thirty-five isolates were from eight Bacillus species, one Brevibacillus borstelensis, three Streptomyces thermogriseus, and two fungi (Thermomyces lanuginosus and T. dupontii). Data from amylase, phytase, and cellulase activity assays and the enzymatic index (EI) showed that 38 of 41 thermo-resistant isolates produce at least one enzyme. For amylase activity, the highest EI value was observed in Bacillus licheniformis (isolate 21C2, EI= 4.11), followed by Brevibacillus borstelensis (isolate 6C2, EI= 3.66), Bacillus cereus (isolate 18C2, EI= 3.52), and Bacillus paralicheniformis (isolate 20C2, EI= 3.34). For phytase, the highest EI values were observed for Bacillus cereus (isolate 18C2, EI= 2.30) and Bacillus licheniformis (isolate 3C1, EI= 2.15). Concerning cellulose production, B. altitudinis (isolate 6C1) was the most efficient (EI= 6.40), followed by three Bacillus subtilis (isolates 9C1, 16C2, and 19C2) with EI values of 5.66, 5.84, and 5.88, respectively, and one B. pumilus (isolate 27C2, EI= 5.78). The selected microorganisms are potentially useful as a biological additive in organo-mineral fertilizers and other biotechnological processes.

Resumo Os fertilizantes organo-minerais suplementados com aditivos biológicos são uma alternativa aos adubos químicos. Neste estudo, microrganismos termoresistentes foram isolados de compostagem por procedimentos de duas etapas. Inicialmente, as amostras tomadas em diferentes períodos e temperaturas (33 dias a 52 ºC, 60 dias a 63 ºC e mais de 365 dias a 26 ºC) foram pré-incubadas a 80 oC por 30 minutos. Posteriormente, a seleção microbiana foi conduzida por métodos baseados em cultura in vitro e choque térmico a 60 oC e 100 oC por 2h e 4h. Quarenta e um isolados foram capazes de crescer a 60 °C por 4h; vinte e sete a 100 °C por 2h e dois a 100 °C por 4h. A identificação molecular por sequenciamento parcial do gene ribossomal 16S usando primers universais revelou que trinta e cinco isolados eram de oito espécies de Bacillus, um Brevibacillus borstelensis, três Streptomyces thermogriseus e dois fungos (Thermomyces lanuginosus e T. dupontii). Os dados dos ensaios de atividade de amilase, fitase e celulase e o índice enzimático (IE) mostraram que 38 dos 41 isolados termorresistentes produziram pelo menos uma enzima. Para a atividade da amilase, o maior valor de IE foi observado em Bacillus licheniformis (isolado 21C2, IE = 4,11), seguido por Brevibacillus borstelensis (isolado 6C2, IE = 3,66), Bacillus cereus (isolado 18C2, IE = 3,52) e Bacillus paralicheniformis (isolado 20C2, IE = 3,34). Para a fitase, os maiores valores de IE foram observados para B. cereus (isolado 18C2, IE = 2,30) e B. licheniformis (isolado 3C1, IE = 2,15). Em relação à produção de celulose, B. altitudinis (isolado 6C1) foi o mais eficiente (IE = 6,40), seguido por três Bacillus subtilis (isolados 9C1, 16C2 e 19C2) com valores de IE de 5,66, 5,84 e 5,88, respectivamente, e um B. pumilus (isolado 27C2, IE = 5,78). Pode-se inferir que os microrganismos selecionados são potencialmente úteis como aditivos biológicos em fertilizantes organo-minerais e outros processos biotecnológicos.

Mineral and organomineral sources of nitrogen to maize agronomic performance / Fontes minerais e organominerais de nitrogênio para aumentar o desempenho agronômico do milho

Nitrogen (N) is one of the nutrients absorbed in great quantity by maize crop. Also, N fertilizers are of high costs and subject to large losses into the agricultural environment. There are various categories of fertilizers known as fertilizers of improved efficiency that can minimize such N losses. The objective of this study was to evaluate the effect of different sources and doses of N in maize agronomic performance. The experiment was installed in randomized blocks, with four replications, designed as a factorial 5 x 5 + 1, constituted by five N sources (urea, urea polymerized, urea with NBPT, organomineral with and without NBPT), five N doses (40, 80, 120, 160, 200 kg ha-1) plus a control (no N supply). The chlorophyll contents and grain yield were evaluated. The results showed no differences for the different N sources, indicating that the organomineral sources are as efficient as the mineral sources. The addition of N fertilizers in increasing doses, regardless of the source tested, has increased the levels of chlorophylls and grain yiled.

O nitrogênio (N) é um dos nutrientes absorvidos em grande quantidade pela cultura do milho. Além disso, os fertilizantes nitrogenados são de alto custo e sujeitos a grandes perdas no ambiente agrícola. Existem várias categorias de fertilizantes, conhecidas como fertilizantes de maior eficiência, que podem minimizar essas perdas de N. O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito de diferentes fontes e doses de N no desempenho agronômico do milho. O experimento foi instalado em blocos casualizados, com quatro repetições, delineadas como fatorial 5 x 5 + 1, constituído por cinco fontes de N (uréia, uréia polimerizada, uréia com NBPT, organomineral com e sem NBPT), cinco doses de N (40, 80, 120, 160, 200 kg ha-1) mais um controle (sem fornecimento de N). O conteúdo de clorofila e o rendimento de grãos foram avaliados. Os resultados não mostraram diferenças para as diferentes fontes de N, indicando que as fontes organomineral são tão eficientes quanto as fontes minerais. A adição de fertilizantes N em doses crescentes, independentemente da fonte testada, aumentou os níveis de clorofilas e rendimento de grãos

Fertilization and cropping systems: performance and oil content of basil varieties / Fertilização e sistemas de cultivo: desempenho e teor de óleo de variedades de manjericão

Sweet basil (Ocimum basilicum L.) is an aromatic and medicinal crop that produces metabolites rich in chemical constituents for various purposes. The composition of the essential oil is variable due to external factors during production, such as fertilization and the environment, and the oil concentration may vary even among the genotypes of a species. For sweet basil mores studies are needed to clarify understanding about the biomass and essential oil yield and nutrient management. The objective of this study was to evaluate the biomass and essential oil yield of basil varieties with organo-mineral fertilizer under different agricultural systems. The experimental design was a randomized complete block (DBC), with three replications, in a 2X4 factorial scheme, with two varieties (Maria Bonita and Genovese) and four fertilizations (50 and 100% organo-mineral, one mineral source and one organic source). Two areas were carried out simultaneously (greenhouse and field) to evaluate plant height, fresh biomass, essential oil content, yield and chemical composition. Results indicate that Genovese showed superior height and biomass yield when mineral or organic fertilizer was used at the greenhouse. Organo-mineral and organic fertilizers provided significantly better results of biomass yield in both varieties at field cultivation. The oil content was higher in the field, reflecting higher oil yields in field treatments in comparison to greenhouse. We concluded that the environment of cultivation and the way fertilizer sources release the nutrients can be determinan factors in the performance of basil plants; without protected cultivation, the content of essential oil is higher and the organo-mineral fertilizer can provide better nutrient supply to the plants mainly during rainy season.

O manjericão (Ocimum basilicum L.) é uma cultura aromática e medicinal que produzmetabolitos ricos em constituintes químicos para vários fins. A composição do óleo essencial é variável com fatores externos durante a produção, como fertilização e meio ambiente, podendo variar até mesmo entre os genótipos de uma espécie. Para melhor compreensão sobre o rendimento de biomassa e óleo essencial e manejo de nutrientes no cultivo de manjericão são necessários mais estudos. Dessa forma, o objetivo deste estudo foi avaliar o rendimento de biomassa e óleo essencial de variedades de manjericão com fertilizante organomineral em diferentes sistemas agrícolas. O delineamento experimental foi o de blocos casualizados (DBC), com três repetições, em esquema fatorial 2X4, com duas variedades (Maria Bonita e Genovese) e quatro fertilizações (50 e 100% organomineral, uma fonte mineral e uma fonte orgânica). Duas áreas foram realizadas simultaneamente (estufa e campo) para avaliar a altura da planta, biomassa fresca, teor de óleo essencial, rendimento e composição química. Os resultados indicam que Genovese apresentou altura e rendimento de biomassa superior quando o fertilizante mineral ou orgânico foi utilizado na estufa. Os fertilizantes organominerais e orgânicos proporcionaram resultados significativamente melhores do rendimento de biomassa em ambas as variedades no cultivo de campo. O teor de óleo foi maior no campo, refletindo maiores rendimentos de óleo em tratamentos de campo em comparação com estufa. Concluímos que o ambiente de cultivo e a forma como as fontes de fertilizantes liberam os nutrientes podem ser fatores determinantes no desempenho das plantas de manjericão; sem cultivo protegido, o teor de óleo essencial é maior e o fertilizante organomineral pode fornecer um melhor suprimento de nutrientes para as plantas principalmente durante a estação chuvosa.

Solos subtropicais de altitude: atributos químicos, teor de matéria orgânica e resistência à oxidação química / Highland subtropical soils: chemical attributes, content of organic matter and its resistance to chemical oxidation

Neste trabalho foram estudadas amostras de horizontes A de oito solos representativos da região Campos de Cima da Serra, Rio Grande do Sul, sendo determinados: textura, pH em água, CTC a pH 7, teores de Al trocável e de óxidos de Fe (Fed e Feo). As amostras foram tratadas com peróxido de hidrogênio e, antes e após tratamento, foram determinados teores de C e de N e realizada análise por espectroscopia de infra-vermelho com transformada de Fourier (FTIR). O teor de C foi alto (4 a 23 por cento) e sua variação correlacionou-se com a altitude e com o teor de Al trocável, sugerindo que a menor temperatura e a complexação com Al iônico contribuem para a estabilização da matéria orgânica do solo (MOS). A proporção de carbono do solo resistente à oxidação variou de 1 a 16 por cento e correlacionou-se com a razão Feo/Fed. A estabilização desta fração da MOS foi atribuída à interação de grupos carboxílicos ligados a estruturas alifáticas e aromáticas com óxidos de Fe de baixa cristalinidade.

In this research, texture, soil pH, CEC at pH 7, exchangeable Al, and content of Fe-oxides (Fed and Feo) were determined in A horizons samples of eight representative soils under native pasture from Campos de Cima da Serra, Rio Grande do Sul State, Brazil. The samples were treated with hydrogen peroxide and, before and after the treatment, C and N contents were determined and Fourier Transformed Infra-red (FTIR) spectroscopy was performed. The content of soil C was high (4 to 23 percent) and its variation correlated with the altitude and exchangeable Al indicating that lower temperatures and complexation with ionic Al contribute to soil organic matter (SOM) stabilization. The proportion of oxidation-resistant carbon varied between 1 and 16 percent and correlated with the ratio Feo/Fed. The stabilization of this SOM fraction was assigned to the interaction of carboxylic groups bound to aromatic and aliphatic structures with Fe-oxides of low crystallinity degree.