ABSTRACT
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.
Subject(s)
Bacteria/isolation & purification , Oryza/microbiology , Brazil , Bacteria/classification , Bacteria/genetics , Polymerase Chain ReactionABSTRACT
This work evaluated the phosphate (Pi) suppression and ressupply on photosynthesis and photochemical efficiency from Medicago sativa plants cv. Florida 77, in different growth stages (V3 and V4) and reproductive (R6 and R8). The experiment was performed in a greenhouse, the plants being cultivated in HOAGLAND & ARMOND (1950) nutritive solution containing 0,14mmol L-1 of Pi. Pi suppression for ten days reduced Pi levels in sampled leaves, in all growth stages. However, with the re-supply only in the vegetative stages the values were similar to the control treatments. Photosynthesis per foliar area in all growth stages decreased with Pi suppression. In general, Pi ressupply into the nutritive solution resulted in recovery of photosynthesis, except for V3 plants, indicating that the suppression period did not cause permanent damage to the photosynthetic apparatus. Levels of photosynthetic pigments and the photosystem II (PS-II) photochemical efficiency evaluated as the Fv/Fm ratio were not altered when plants were submitted to Pi suppression. These results show that electons transport through PS-II did not limit photosynthesis in the sampled leaves under Pi supression, suggesting that Pi suppression caused a more pronunciated effect in the biochemical step of photosynthesis.
Neste estudo, foram avaliados os efeitos da supressão e do ressuprimento de fosfato (Pi) sobre a fotossíntese e eficiência fotoquímica de plantas de Medicago sativa cv. Flórida 77, em diferentes estádios do desenvolvimento vegetativo (V3, V4) e reprodutivo (R6, R8). O ensaio foi conduzido em casa de vegetação e as plantas cultivadas na solução nutritiva de HOAGLAND & ARNON (1950), contendo 0,14mmol L-1 de Pi. A supressão de Pi por dez dias reduziu os teores de fósforo nas folhas amostradas, em todos os estádios do desenvolvimento. Entretanto, com o ressuprimento, somente nos estádios vegetativos, os valores foram semelhantes ao tratamento controle. A fotossíntese por área foliar, em todos os estádios do desenvolvimento diminuiu com a supressão de Pi. De modo geral, o ressuprimento de Pi à solução nutritiva resultou em recuperação na fotossíntese, excetuando-se as plantas no estádio V3, uma indicação de que o período de supressão não causou danos permanentes no aparato fotossintético. Os teores dos pigmentos fotossintéticos e a eficiência fotoquímica do fotossistema II (FS II), avaliada pela relação Fv/Fm, não foram alterados quando as plantas foram submetidas à supressão de Pi. Esse resultado demonstra que o transporte de elétrons através do FS II não limitou a fotossíntese nas folhas amostradas, sob supressão de Pi, sugerindo que a supressão causou efeito mais pronunciado na etapa bioquímica da fotossíntese.
ABSTRACT
This work evaluated the phosphate (Pi) suppression and ressupply on photosynthesis and photochemical efficiency from Medicago sativa plants cv. Florida 77, in different growth stages (V3 and V4) and reproductive (R6 and R8). The experiment was performed in a greenhouse, the plants being cultivated in HOAGLAND & ARMOND (1950) nutritive solution containing 0,14mmol L-1 of Pi. Pi suppression for ten days reduced Pi levels in sampled leaves, in all growth stages. However, with the re-supply only in the vegetative stages the values were similar to the control treatments. Photosynthesis per foliar area in all growth stages decreased with Pi suppression. In general, Pi ressupply into the nutritive solution resulted in recovery of photosynthesis, except for V3 plants, indicating that the suppression period did not cause permanent damage to the photosynthetic apparatus. Levels of photosynthetic pigments and the photosystem II (PS-II) photochemical efficiency evaluated as the Fv/Fm ratio were not altered when plants were submitted to Pi suppression. These results show that electons transport through PS-II did not limit photosynthesis in the sampled leaves under Pi supression, suggesting that Pi suppression caused a more pronunciated effect in the biochemical step of photosynthesis.
Neste estudo, foram avaliados os efeitos da supressão e do ressuprimento de fosfato (Pi) sobre a fotossíntese e eficiência fotoquímica de plantas de Medicago sativa cv. Flórida 77, em diferentes estádios do desenvolvimento vegetativo (V3, V4) e reprodutivo (R6, R8). O ensaio foi conduzido em casa de vegetação e as plantas cultivadas na solução nutritiva de HOAGLAND & ARNON (1950), contendo 0,14mmol L-1 de Pi. A supressão de Pi por dez dias reduziu os teores de fósforo nas folhas amostradas, em todos os estádios do desenvolvimento. Entretanto, com o ressuprimento, somente nos estádios vegetativos, os valores foram semelhantes ao tratamento controle. A fotossíntese por área foliar, em todos os estádios do desenvolvimento diminuiu com a supressão de Pi. De modo geral, o ressuprimento de Pi à solução nutritiva resultou em recuperação na fotossíntese, excetuando-se as plantas no estádio V3, uma indicação de que o período de supressão não causou danos permanentes no aparato fotossintético. Os teores dos pigmentos fotossintéticos e a eficiência fotoquímica do fotossistema II (FS II), avaliada pela relação Fv/Fm, não foram alterados quando as plantas foram submetidas à supressão de Pi. Esse resultado demonstra que o transporte de elétrons através do FS II não limitou a fotossíntese nas folhas amostradas, sob supressão de Pi, sugerindo que a supressão causou efeito mais pronunciado na etapa bioquímica da fotossíntese.
ABSTRACT
Phosphorus (Pi) suppression and resupply effects were studied on nitrogen biological fixation (N2) in alfalfa cv. Florida 77 inoculated with Sinorhizobium meliloti in different vegetative (V3 and V4) and reproductive (R6 and R8) stages. The experiment was carried in greenhouse and the plants cultivated in nutritive solution. The inorganic phosphorus (Pi) ten days suppression period decreased Pi levels in leaves and nodules in all growth stages, whereas in the roots this decrease was observed only in the vegetative stages. After Pi resupply to the nutritive solution during a similar period, ten days, it was observed Pi levels recovery in stages R6 and R8 for leaves, V3 and V4 for roots and V3 for nodules. Pi suppression altered the N2 fixation process as estimated by total aminoacids concentration in leaves and roots. Aminoacids levels in leaves and roots were significantly lower in plants under Pi suppression when compared to control plants. After resupply total amino acids levels in roots, throughout all growth stages, reached similar values to control plants, while in leaves this only happened in vegetative stages. Pi suppression did not influence the proportion of free aminoacids in the xylem sap.
Estudaram-se os efeitos da supressão e do ressuprimento de fósforo (Pi) sobre a fixação biológica do nitrogênio atmosférico (N2) em plantas de alfafa cv. Flórida 77 inoculadas com Sinorhizobium meliloti, em diferentes estádios do desenvolvimento vegetativo (V3 e V4) e reprodutivo (R6 e R8). O ensaio foi conduzido em casa de vegetação e as plantas cultivadas em solução nutritiva. O período de supressão de Pi por dez dias reduziu os teores de Pi nas folhas e nos nódulos em todos os estádios do desenvolvimento, enquanto nas raízes essa redução somente foi observada nos estádios vegetativos. Após o ressuprimento de Pi à solução nutritiva por igual período, dez dias, foi observada a recuperação nos teores de Pi nos estádios R6 e R8 para folhas, V3 e V4 para raízes e V3 para os nódulos. A supressão de Pi alterou o processo de fixação do N2, estimado pela concentração de aminoácidos totais nas folhas e nas raízes. Os teores de aminoácidos nas folhas e nas raízes foram significativamente menores nas plantas sob supressão de Pi, em relação aos das plantas do tratamento controle. Após o ressuprimento os teores de aminoácidos totais nas raízes, em todos os estádios do desenvolvimento, alcançaram valores similares àqueles das plantas do tratamento controle, enquanto nas folhas isso só ocorreu nos estádios vegetativos. A supressão de Pi não influenciou a proporção de aminoácidos livres na seiva do xilema.
ABSTRACT
Phosphorus (Pi) suppression and resupply effects were studied on nitrogen biological fixation (N2) in alfalfa cv. Florida 77 inoculated with Sinorhizobium meliloti in different vegetative (V3 and V4) and reproductive (R6 and R8) stages. The experiment was carried in greenhouse and the plants cultivated in nutritive solution. The inorganic phosphorus (Pi) ten days suppression period decreased Pi levels in leaves and nodules in all growth stages, whereas in the roots this decrease was observed only in the vegetative stages. After Pi resupply to the nutritive solution during a similar period, ten days, it was observed Pi levels recovery in stages R6 and R8 for leaves, V3 and V4 for roots and V3 for nodules. Pi suppression altered the N2 fixation process as estimated by total aminoacids concentration in leaves and roots. Aminoacids levels in leaves and roots were significantly lower in plants under Pi suppression when compared to control plants. After resupply total amino acids levels in roots, throughout all growth stages, reached similar values to control plants, while in leaves this only happened in vegetative stages. Pi suppression did not influence the proportion of free aminoacids in the xylem sap.
Estudaram-se os efeitos da supressão e do ressuprimento de fósforo (Pi) sobre a fixação biológica do nitrogênio atmosférico (N2) em plantas de alfafa cv. Flórida 77 inoculadas com Sinorhizobium meliloti, em diferentes estádios do desenvolvimento vegetativo (V3 e V4) e reprodutivo (R6 e R8). O ensaio foi conduzido em casa de vegetação e as plantas cultivadas em solução nutritiva. O período de supressão de Pi por dez dias reduziu os teores de Pi nas folhas e nos nódulos em todos os estádios do desenvolvimento, enquanto nas raízes essa redução somente foi observada nos estádios vegetativos. Após o ressuprimento de Pi à solução nutritiva por igual período, dez dias, foi observada a recuperação nos teores de Pi nos estádios R6 e R8 para folhas, V3 e V4 para raízes e V3 para os nódulos. A supressão de Pi alterou o processo de fixação do N2, estimado pela concentração de aminoácidos totais nas folhas e nas raízes. Os teores de aminoácidos nas folhas e nas raízes foram significativamente menores nas plantas sob supressão de Pi, em relação aos das plantas do tratamento controle. Após o ressuprimento os teores de aminoácidos totais nas raízes, em todos os estádios do desenvolvimento, alcançaram valores similares àqueles das plantas do tratamento controle, enquanto nas folhas isso só ocorreu nos estádios vegetativos. A supressão de Pi não influenciou a proporção de aminoácidos livres na seiva do xilema.