Ecofisiologia de bactérias diazotróficas e contribuição da fixação biológica de nitrogênio em gramíneas e palmeiras

Código: 01.2000.031    

Líder do projeto: Verônica Massena Reis

Resumo: 

O reconhecimento da importância da biologia do solo e da busca de alternativas para diminuir o consumo de fertilizantes nitrogenados fez ampliar na década de 70 as pesquisas na área de fixação biológica de nitrogênio. No Brasil o fertilizante nitrogenado representa o maior custo entre os fertilizantes já que sua compra não é subsidiada e a quantidade requerida pela plantas é uma das maiores entre os outros. Além disto os solos brasileiros em sua maioria são considerados de baixa fertilidade natural. A pesquisa neste cenário culminou com a descoberta de novas espécies de bactérias associadas as gramíneas tanto na rizosfera como no interior das plantas. Hoje considera-se a população de bactérias diazotróficas subdivididas entre as de vida livre e as associativas, onde a relação com o hospedeiro pode ser mais restrita, como no caso das leguminosas. Este segundo grupo tem sido denominado pela comunidade científica como um endófito, necessitando do vegetal para completar o seu ciclo de vida e manter-se viável no ambiente. Neste grupo encontram-se espécies descritas na Embrapa Agrobiologia, as quais são o alvo das pesquisas atuais deste Centro. Sabe-se que o genótipo tanto da planta como do microrganismo diferenciam-se evolucionariamente ou pela ação do homem. O potencial máximo de expressão de qualquer característica benéfica é o resultado do ajuste entre a planta, o solo, o ambiente e a população microbiana envolvida neste processo biológico. Este projeto tem como objetivo principal ampliar o estudo sobre o papel das bactérias diazotróficas endofíticas em associação com gramíneas como a cana-de-açúcar, o arroz, espécies de capins Braquiaria e a palmeira de Dendê. As plantas que serão usadas nas diversas ações pretendidas neste projeto são fruto do trabalho desenvolvido no projeto anterior (01.0.96.031). A palmeira de dendê também foi selecionada neste estudo devido ao seu potencial sócio-econômico estratégico e necessidade de verificar se o conhecimento adquirido com as gramíneas também pode ser reproduzido em outras espécies vegetais. Para um período de três anos, as ações propostas foram subdivididas em quatro subprojetos que representam os vários estágios que a pesquisa visa alcançar. O subprojeto 01 enquadra as ações de pesquisa básica relacionadas a identificação, quantificação, localização e monitoramento da população de bactérias diazotróficas nas plantas destacadas acima. Será dada ênfase aos gêneros Azospirillum, Herbaspirillum, Acetobacter e Burkholderia. O subprojeto 02 refere-se as ações onde a planta hospedeira será avaliada. Neste caso os genótipos escolhidos foram previamente selecionados quanto ao ganho de N fixado via FBN (projeto anterior: 01.0.96.031), sendo representadas com no mínimo 2 genótipos contrastantes para este caráter. No caso do dendê serão avaliados 3 ecótipos durante o 1º ano podendo chegar a até 10 nos anos seguintes. O subprojeto 03 refere-se ao desenvolvimento de no mínimo 3 inoculantes para uso em gramíneas milho, cana-de-açúcar e arroz; 1 para cada planta. E finalmente o subprojeto 04 refere-se a continuação dos estudos de seleção de genótipos de gramíneas e início da quantificação para o dendê. Ao final deste projeto espera-se a utilização destes resultados tanto para a comunidade agrícola como para a comunidade científica.

 

Subprojetos:

Ø 01.2000.031-01 - Levantamento ecológico da população de bactérias diazotróficas endofíticas em associação com gramíneas e palmeiras 

Resumo:

A busca constante de bactérias fixadoras de N2 tem resultado no isolamento de diversos microrganismos diazotróficos e formação de uma vasta coleção de culturas. Conseqüentemente, existe uma grande demanda para a identificação e classificação desses isolados, assim como da verificação da contribuição da fixação biológica de nitrogênio (FBN), para o seu hospedeiro. Até recentemente, o Centro dispunha somente de técnicas básicas de microbiologia para classificação parcial dos diversos microrganismos isolados através do uso de diversos meios de cultivo aqui desenvolvidos. A partir de 1995, o Labotarório de Ecofisiologia aplicada, situado na Embrapa Agrobiologia, desenvolveu metodologias imunológicas que permitem a identificação e quantificação específica de espécies descritas e presentes nas plantas que serão avaliadas neste projeto (protocolos gerados durante a vigência do projeto 01096031). Estes soros estão sendo usados como um ferramenta adicional aos testes fisiológicos permitindo uma rápida e específica avaliação destes além do agrupamento nos diversos gêneros e espécies estudados pela nossa equipe. Além disto os isolados também serão avaliados, sob condições controladas, para seleção de caracteres que propiciem um aumento do ganho de N através da FBN. Desta forma, este subprojeto visa o estudo dos microrganismos diazotróficos presentes em genótipos de cana-de-açúcar, arroz, capim brachiaria e dendê isolados de diversas partes do vegetal a fim de propiciar uma seleção e qualificação destes isolados como subsídio aos subprojetos 02, 03 e participando das ações de pesquisa básica durante a seleção de genótipos mais promissores quanto ao ganho via FBN referente ao subprojeto 04.

 

Ø 01.2000.031-02 - Estudo do processo de colonização e infecção de diferentes genótipos de arroz e cana-de-açúcar em associação com bactérias diazotróficas endofíticas

Resumo:

Diversos estudos tem mostrado que as gramíneas são colonizadas por bactérias diazotróficas endofíticas e que estas podem contribuir para a nutrição da planta, seja através do processo de fixação biológica de nitrogênio atmosférico (FBN) ou da produção de fito-hormônios que atuam no aumento do sistema radicular das plantas. Por outro lado, é sabido que o genótipo da planta exerce uma grande influência no processo de FBN, como observado nas culturas de arroz e cana-de-açúcar. Nestas duas culturas, os estudos realizados anteriormente já foram capazes de identificar pelo menos dois genótipos contrastantes quanto a ganho de N via FBN. Entretanto, não está claro como ocorre esta variação, já que bactérias diazotróficas endofíticas tem sido encontradas, tantos em genótipos com alta como nos de baixa capacidade de fixação de nitrogênio. É possível que o estado fisiológico da cultura influencie todo o processo envolvido, inclusive balanceando a população destas bactérias durante os diferentes estágios de desenvolvimento da planta. Desse modo, torna-se necessário avaliar o processo de colonização das plantas e as alterações nutricionais promovidas nas culturas de arroz e cana-de-açúcar, objetos de estudo do subprojeto. Para atingir estes objetivos serão utilizadas técnicas de contagem de bactérias diazotróficas (Numero Mais Provável), microscopia ótica e eletrônica (marcação com soros policlonais especie-específicos) e genes reporters (gus ou gfp) em plantas cultivadas em condições monoaxênicas e inoculadas com Burkholderia brasilensis, Burkholderia sp. (espécie nova) e Herbaspirillum seropedicae assim como em plantas cultivadas no campo e naturalmente colonizadas por bactérias diazotróficas endofíticas. Além disso, serao determinados alguns parâmetros fisiológicos, tais como: a concentração de alguns compostos nitrogenados e açúcares solúveis, etc., e outros parâmetros agronômicos, como peso da matéria fresca e seca das plantas, produção, etc.. e a correlação desses parâmetros com o processo de FBN nestas culturas