Publicação

Characterization and selection of microbial symbionts of faba bean (Vicia faba L.) and cowpea (Vigna unguiculata (L.) Walp.) for development of inoculants

Detalhes bibliográficos
Resumo:	A agricultura global deve duplicar a produção de alimentos até 2050 por forma a alimentar a crescente população mundial. Neste sentido, alimentos com um elevado valor nutritivo, como por exemplo as leguminosas (proteína, minerais, vitaminas e compostos bioativos) aparecem como uma resposta a esta necessidade. É, no entanto, essencial aumentar a sua produtividade. Ao mesmo tempo, é também necessário reduzir a aplicação de fertilizantes inorgânicos, devido ao elevado impacto negativo que estes têm para o ambiente. Para atingir estes objetivos, é essencial tirar proveito das múltiplas interações benéficas que ocorrem entre as plantas e os microrganismos. Os microrganismos benéficos presentes no solo, nomeadamente os rizóbios e os fungos micorrízicos arbusculares, em simbiose com plantas leguminosas, resultam numa simbiose tripartida e podem ser uma ferramenta biológica para melhorar a produção das culturas, através da fixação biológica de azoto e da absorção de fósforo do solo. Esta simbiose também aumenta a resistência das culturas à seca e às altas temperaturas, melhora a produtividade e a qualidade das culturas e a fertilidade do solo e diminui a incidência de ervas daninhas, doenças e pragas, sem os impactos negativos para o ambiente provocados pela aplicação de fertilizantes químicos. Neste sentido, os objetivos deste trabalho foram selecionar estirpes melhoradas de Rhizobium leguminosarum e Bradyrhizobium spp. para melhorar a fixação biológica de azoto e o desempenho das cultivares de fava e feijão-frade, e efetuar a caracterização fenotípica e genotípica dos simbiontes microbianos usando uma abordagem polifásica baseada em propriedades fenotípicas e na análise molecular. No presente trabalho, foi assim efetuada a identificação molecular dos rizóbios presentes em plantas de feijão-frade e fava recolhidas em diversas regiões de Portugal com diferentes condições climáticas e diferentes tipos de solo, utilizando uma abordagem de “Multilocus Sequence typing” (MLST) com 9 genes (“housekeeping” e simbióticos), a fim de obter informações ao nível da espécie e da simbiovar, uma vez que a amplificação da região 16SrDNA isoladamente não providenciou poder de resolução suficiente. Após a identificação molecular, foram realizados estudos in vitro para verificar a capacidade infectiva dos isolados (postulados de Koch) e para selecionar os melhores inóculos para cada cultura, os quais foram depois testados em condições de estufa, com o objetivo de avaliar os efeitos das inoculações simples e das co-inoculações com os microrganismos selecionados no crescimento, produtividade e conteúdo em proteína da respetiva leguminosa. Foi identificada uma elevada diversidade de rizóbios nos diferentes campos e regiões. Para o feijão-frade, foram selecionadas duas estirpes de rizóbios, Bradyrhizobium sp. e Bradyrhizobium elkanii. Para a faveira, foram selecionadas as bactérias Rhizobium laguerreae e Burkholderia sp.. Relativamente aos inóculos micorrízicos, uma mistura de Rhizophagus irregularis BEG140, Funneliformis geosporum BEG199 e Claroideoglomus claroideum BEG210 (1: 1: 1) foi desenvolvida e preparada pela Symbiom (Sázava, República Checa) para a cultura da faveira. Para o feijão-frade, o fungo micorrrízico (Claroideoglomus claroideum BEG210) foi cedido pelo Dr. Rui Oliveira, da Universidade de Coimbra, Portugal. No trabalho realizado em estufa com inoculação e co-inoculação com Rhizobium laguerreae e AMF, as plantas de faveira inoculadas com a bactéria mostraram um aumento significativo no número de folhas, área foliar, massa foliar por área e razão de área foliar, bem como em todos os parâmetros de produtividade avaliados. A inoculação simples dessas plantas com AMF também aumentou significativamente os parâmetros de produtividade. A co-inoculação mostrou melhorias significativas na proporção da área foliar e em todos os parâmetros de produtividade quando comparado com o controlo, mas não foi significativamente diferente das inoculações individuais. Nos estudos com feijão-frade, em condições de estufa, usando solo não esterilizado, a co-inoculação das plantas com Rhizobium sp. e AMF, Bradyrhizobium elkanii e AMF e Bradyrhizobium sp. e AMF aumentaram o teor de proteína das sementes em plantas sujeitas a déficite hídrico (25% da capacidade de campo) em 13, 17 e 30%, respetivamente. Considerando todas as análises realizadas neste trabalho em ambas as culturas, é possível concluir que a inoculação simples e combinada de plantas leguminosas com os microrganismos selecionados mostrou ter um grande potencial como ferramenta biológica para melhorar o crescimento e a produtividade das plantas leguminosas sujeitas a stress abiótico, mitigando os efeitos das alterações climáticas e reduzindo a necessidade de aplicação de fertilizantes de síntese.
Autores principais:	Pereira, Sandra Isabel Ribeiro
Ano:	2020
País:	Portugal
Tipo de documento:	tese de doutoramento
Tipo de acesso:	acesso aberto
Instituição associada:	Universidade de Trás-os-Montes e Alto Douro
Idioma:	inglês
Origem:	Repositório da UTAD

Descrição
Resumo:	A agricultura global deve duplicar a produção de alimentos até 2050 por forma a alimentar a crescente população mundial. Neste sentido, alimentos com um elevado valor nutritivo, como por exemplo as leguminosas (proteína, minerais, vitaminas e compostos bioativos) aparecem como uma resposta a esta necessidade. É, no entanto, essencial aumentar a sua produtividade. Ao mesmo tempo, é também necessário reduzir a aplicação de fertilizantes inorgânicos, devido ao elevado impacto negativo que estes têm para o ambiente. Para atingir estes objetivos, é essencial tirar proveito das múltiplas interações benéficas que ocorrem entre as plantas e os microrganismos. Os microrganismos benéficos presentes no solo, nomeadamente os rizóbios e os fungos micorrízicos arbusculares, em simbiose com plantas leguminosas, resultam numa simbiose tripartida e podem ser uma ferramenta biológica para melhorar a produção das culturas, através da fixação biológica de azoto e da absorção de fósforo do solo. Esta simbiose também aumenta a resistência das culturas à seca e às altas temperaturas, melhora a produtividade e a qualidade das culturas e a fertilidade do solo e diminui a incidência de ervas daninhas, doenças e pragas, sem os impactos negativos para o ambiente provocados pela aplicação de fertilizantes químicos. Neste sentido, os objetivos deste trabalho foram selecionar estirpes melhoradas de Rhizobium leguminosarum e Bradyrhizobium spp. para melhorar a fixação biológica de azoto e o desempenho das cultivares de fava e feijão-frade, e efetuar a caracterização fenotípica e genotípica dos simbiontes microbianos usando uma abordagem polifásica baseada em propriedades fenotípicas e na análise molecular. No presente trabalho, foi assim efetuada a identificação molecular dos rizóbios presentes em plantas de feijão-frade e fava recolhidas em diversas regiões de Portugal com diferentes condições climáticas e diferentes tipos de solo, utilizando uma abordagem de “Multilocus Sequence typing” (MLST) com 9 genes (“housekeeping” e simbióticos), a fim de obter informações ao nível da espécie e da simbiovar, uma vez que a amplificação da região 16SrDNA isoladamente não providenciou poder de resolução suficiente. Após a identificação molecular, foram realizados estudos in vitro para verificar a capacidade infectiva dos isolados (postulados de Koch) e para selecionar os melhores inóculos para cada cultura, os quais foram depois testados em condições de estufa, com o objetivo de avaliar os efeitos das inoculações simples e das co-inoculações com os microrganismos selecionados no crescimento, produtividade e conteúdo em proteína da respetiva leguminosa. Foi identificada uma elevada diversidade de rizóbios nos diferentes campos e regiões. Para o feijão-frade, foram selecionadas duas estirpes de rizóbios, Bradyrhizobium sp. e Bradyrhizobium elkanii. Para a faveira, foram selecionadas as bactérias Rhizobium laguerreae e Burkholderia sp.. Relativamente aos inóculos micorrízicos, uma mistura de Rhizophagus irregularis BEG140, Funneliformis geosporum BEG199 e Claroideoglomus claroideum BEG210 (1: 1: 1) foi desenvolvida e preparada pela Symbiom (Sázava, República Checa) para a cultura da faveira. Para o feijão-frade, o fungo micorrrízico (Claroideoglomus claroideum BEG210) foi cedido pelo Dr. Rui Oliveira, da Universidade de Coimbra, Portugal. No trabalho realizado em estufa com inoculação e co-inoculação com Rhizobium laguerreae e AMF, as plantas de faveira inoculadas com a bactéria mostraram um aumento significativo no número de folhas, área foliar, massa foliar por área e razão de área foliar, bem como em todos os parâmetros de produtividade avaliados. A inoculação simples dessas plantas com AMF também aumentou significativamente os parâmetros de produtividade. A co-inoculação mostrou melhorias significativas na proporção da área foliar e em todos os parâmetros de produtividade quando comparado com o controlo, mas não foi significativamente diferente das inoculações individuais. Nos estudos com feijão-frade, em condições de estufa, usando solo não esterilizado, a co-inoculação das plantas com Rhizobium sp. e AMF, Bradyrhizobium elkanii e AMF e Bradyrhizobium sp. e AMF aumentaram o teor de proteína das sementes em plantas sujeitas a déficite hídrico (25% da capacidade de campo) em 13, 17 e 30%, respetivamente. Considerando todas as análises realizadas neste trabalho em ambas as culturas, é possível concluir que a inoculação simples e combinada de plantas leguminosas com os microrganismos selecionados mostrou ter um grande potencial como ferramenta biológica para melhorar o crescimento e a produtividade das plantas leguminosas sujeitas a stress abiótico, mitigando os efeitos das alterações climáticas e reduzindo a necessidade de aplicação de fertilizantes de síntese.

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