Isolamento e caracterização de microrganismos nodulíferos e endofíticos associados a Lupinus sp. em diferentes solos

Abstract

Na atual conjuntura de diversos desafios à produção agrícola mundial, a cultura do tremoço (Lupinus sp.) constitui importante alternativa, pois possui características como a tolerância à escassez de fósforo e a elevados teores de alumínio no solo, alto teor de proteínas nas sementes e estabelece simbiose com bactérias fixadoras de nitrogênio (rizóbios). Além dos rizóbios, bactérias endofíticas integram o fitomicrobioma dos nódulos, as quais também podem exercer atividades de promoção do crescimento vegetal. O objetivo deste estudo foi avaliar o potencial de bactérias isoladas de nódulos radiculares de duas espécies de tremoço (Lupinus albus e Lupinus angustifolius) cultivadas em diferentes tipos de solo (Almirante Tamandaré do Sul – SAT, Tibagi – ST, Área de Preservação Permanente – SAPA, Gleba B6 – SGB6, Área comercial - SAC), quanto à promoção do crescimento vegetal, obtendo-se um fatorial 5x2, com cinco repetições, em delineamento inteiramente casualizado. Avaliou-se o comprimento da parte aérea (CPA), comprimento de raízes (CR), massa fresca da parte aérea (MFPA), massa seca da parte aérea (MSPA), massa fresca de raízes (MFR), e massa seca de raízes (MSR) das plantas aos 27 dias após a semeadura. As bactérias isoladas dos nódulos foram submetidas à tipagem molecular por BOX-PCR fingerprinting e identificadas por sequenciamento do gene 16S. A avaliação das atividades de promoção do crescimento vegetal in vitro compreendeu a produção de ácido indolacético (AIA), exopolissacarídeos (EPS), sideróforos e solubilização de fosfato. O efeito da inoculação dos isolados foi verificado em testes de germinação e vigor. A análise de variância foi realizada em software R™. As médias de todos os ensaios foram comparadas pelo teste de Scott-Knott (5%). As duas espécies de tremoço apresentaram maiores médias das variáveis avaliadas quando cultivadas nos solos SC, SGB6 e SAT, assim como a espécie L. albus foi, de modo geral, superior à L. angustifolius. Os gêneros dos isolados foram Bradyrhizobium sp., Bacillus sp., Priestia sp., Paenibacillus sp., Enterobacter sp. e Leifsonia sp. Nas atividades de promoção do crescimento vegetal in vitro, destacaram-se as estirpes Bradyrhizobium sp. 21P1, Enterobacter sp. 27P2 e Paenibacillus sp. 32P1, as quais apresentaram as quatro atividades avaliadas. Não houve significância para germinação de sementes, entretanto, no teste de vigor as estirpes Bradyrhizobium sp. 21P1, Enterobacter sp.27P2 e Paenibacillus sp. 32P1 estiveram entre os tratamentos que proporcionaram as maiores médias nas variáveis comprimento de raiz (CR), comprimento da parte aérea (CPA), comprimento total de plântula (CT), massa fresca de raízes (MFR) e massa fresca total de plântula (MFT), o que pode decorrer de suas habilidades supracitadas. Diante disso, propõe-se que sejam feitos com a coinoculação das estirpes Bradyrhizobium sp. 21P1 e/ou 21P2 com as endofíticas Enterobacter sp. 27P2 e/ou Paenibacillus sp. 32P1, de forma a verificar se atuam sinergicamente.

In the current context of various challenges to global agricultural production, the cultivation of lupin (Lupinus sp.) represents an important alternative due to its characteristics such as tolerance to phosphorus scarcity and high aluminum content in the soil, high protein content in seeds, and its ability to establish symbiosis with nitrogen-fixing bacteria (rhizobia). In addition to rhizobia, endophytic bacteria are part of the nodule phytomicrobiome and can also exhibit plant growth-promoting activities. The aim of this study was to evaluate the potential of bacteria isolated from root nodules of two lupin species (Lupinus albus and Lupinus angustifolius), cultivated in different soil types (Almirante Tamandaré do Sul – SAT, Tibagi – ST, Permanent Preservation Area – SAPA, Gleba B6 – SGB6, Commercial Area – SAC), regarding their plant growth-promoting capabilities. The experiment was conducted in a 5×2 factorial arrangement, with five replicates, in a completely randomized design. Plant measurements were taken 27 days after sowing, including shoot length (SL), root length (RL), fresh shoot weight (FSW), dry shoot weight (DSW), fresh root weight (FRW), and dry root weight (DRW). Bacteria isolated from the nodules were subjected to molecular typing by BOX-PCR fingerprinting and identified through 16S rRNA gene sequencing. The evaluation of in vitro plant growth-promoting activities included the production of indole-3-acetic acid (IAA), exopolysaccharides (EPS), siderophores, and phosphate solubilization. The effect of bacterial inoculation was verified through seed germination and seedling vigor tests. Analysis of variance was performed using R™ software. The means of all experiments were compared using the Scott-Knott test (5%). Both lupin species exhibited higher average values for the evaluated variables when cultivated in SC, SGB6, and SAT soils, with L. albus generally outperforming L. angustifolius. The isolated genera were Bradyrhizobium sp., Bacillus sp., Priestia sp., Paenibacillus sp., Enterobacter sp., and Leifsonia sp. Among the in vitro plant growth-promoting activities, the strains Bradyrhizobium sp. 21P1, Enterobacter sp. 27P2, and Paenibacillus sp. 32P1 stood out for exhibiting all four evaluated activities. There was no significant effect on seed germination; however, in the seedling vigor test, the strains Bradyrhizobium sp. 21P1, Enterobactersp. 27P2, and Paenibacillus sp. 32P1 were among the treatments that resulted in the highest average values for root length (RL), shoot length (SL), total seedling length (TSL), fresh root weight (FRW), and total fresh seedling weight (TFSW). This may be due to their aforementioned abilities. Therefore, it is proposed that co-inoculation studies be conducted with Bradyrhizobium sp. 21P1 and/or 21P2 together with the endophytic strains Enterobacter sp. 27P2 and/or Paenibacillus sp. 32P1 to verify whether they act synergistically.