Impacto do uso de Rhizobium no rendimento de feijão-caupi

1. Impacto do uso de Rhizobium no rendimento de feijão-caupi • Embrapa Agrobiologia (Seropédica, RJ) • Norma Gouvêa Rumjanek • Gustavo Ribeiro Xavier • UNEB (Juazeiros, BA) • Lindete Miria Vieira Martins • UFRPE (Recife, PE) • Carolina Etienne dos Santos • UFERSA (Mossoró, RN) • Claudia Miranda Martins • CONAC • Mini-curso • Teresina, PI • 22 a 24/5/2006

2. Programa 23/5 Introdução à FBN, nodulação, especificidade da simbiose, diversidade do rizóbio – Norma G. Rumjanek Inoculante, normas técnicas, RELARE – Gustavo R. Xavier 24/5 Como se seleciona uma estirpe de rizóbio para ser utilizada como inoculante – Norma G. Rumjanek Perspectivas futuras, pesquisa participativa, novos veículos – Gustavo R. Xavier

3. Fixação Biológica de Nitrogênio Norma Gouvêa Rumjanek Uma breve introdução...

4. Alimentação humana Gramíneas: arroz, trigo, milho, sorgo, cevada... Leguminosas: soja, amendoim, feijão... Leguminosas • alto teor protéico, 2 a 3 vezes maior do que os cereais • algumas leguminosas, soja e amendoim, também alto teor de óleo • leguminosas estão dispersas em todo o planeta, porém é mais comum em áreas tropicais e sub-tropicais

5. teor de proteínaX disponibilidade de N Eucariotos: plantas, animais e seres humanos não conseguem fixar o N2 Procariotos: possuem a enzima, nitrogenase que reduz o N2 produzindo amônia solo atmosfera • em pequenas concentrações • nem sempre prontamente disponível • exceto quando há alto teor de MO

6. O N2 é a maior fonte de N disponível Fixação Biológica de Nitrogênio produzir N combinado a partir de N2 contribui para o desenvolvimento vegetal e para a fertilidade do solo

7. Reação de redução do N2 atmosféricopela nitrogenase N N ATP, Mg 2NH3 + H2 N2 + 8e + 8H+ nitrogenase

8. N2 NH4+ + H2 nitrogenase ATP + H2O hidrogenase ATP

9. Fenótipo em soja Hup+ maior eficiência simbiótica menor competitividade Hup- menor eficiência simbiótica maior competitividade

10. Controle do oxigênio • Nitrogenase é sensível ao oxigênio – dificuldade de purificação • Aporte de elétrons e ATPs • Presença de leghemoglobina • Produção de exopolissacarídeos Interior do nódulo

11. Rizóbio dentro de um nódulo Cada nódulo tem cerca de 109 células bacterianas Microscópio de varredura Nódulos ativos e novos Presença de leghemoglobina Lupa

12. Rizóbio no solo envolto por uma cápsula de exopolissacarídeo, que protege a célula contra a dessecação. Também facilita a aderência à superfície da raiz. Microscopia de transmissão: Frank Dazzo (obtida de homepage)

13. Nódulos em raízes de Vicia faba, de acordo com ilustração de Malpighi (1679) ? Patógeno radicular

14. Identificação do rizóbio - primeiros passos 1879 - Frank: mostrou que sementes de leguminosas cultivadas em solos esterilizados não formavam nódulos 1888 - Beijerinck: isolamento e purificação da bactéria presente no nódulo 1886 a 1888 - Hellriegel: realizou experimentos em áreas com pouco nitrogênio leguminosas: bom desenvolvimento outras famílias: desenvolvimento ruim Conclusão: as leguminosas poderiam estar aproveitando o N2 da atmosfera 1887 - Ward: usou nódulos macerados para inocular sementes de leguminosas cultivadas em solos esterilizados Já tem mais de 1 século que este grupo de bactérias é conhecido

15. Simbiose • relação benéfica para ambos os organismos; • simbiose leguminosa x rizóbio: é um dos melhores exemplos e também um dos mais bem estudados; planta: recebe N para o seu crescimento bacteróide: tem um nicho protegido, rico em nutrientes (cerca de 30% do C fixado pela fotossíntese é exudado pela raiz).

16. Como é formadoo nódulo… raiz de leguminosa exudato radicular flavonóides lipoquito oligossacarídeo proteína Nod D genes nod rizóbio 1. encurvamento do pelo radicular 2. formação do cordão de infecção 3. divisão de células do córtex radicular lipoquitooligossacarídeo

18. Efeito rizosfera Encurvamento do pelo radicular Formação do nódulo Formação do nódulo

19. 12m 2 m Células de Rhizobium trifolii aderidas à superfície da ponta da raiz de trevo Foto: Frank Dazzo (obtida de homepage)

20. Rhizobium trifolii aderidos à superfície da raiz de trevo. Formação de uma rede de microfibrilas (celulose/exopolissacarídeos) Foto: Frank Dazzo (obtida de homepage)

21. R. leguminosarum R. leguminosarum B. japonicum B. japonicum Efeito de fatores de nodulação em raiz de siratro controle R. meliloti

22. Microscopia de varredura de uma célula infectada de Vicia faba, mostrando bacteróides alongados(Sprent, 1979)

23. Microscopia eletrônica de transmissão de células de Glycine max contendo bacteródies ativos

24. Nodulação em espécies não-leguminosas promovidas por actinomicetos do gênero Frankia Microscopia de varredura de nódulo de Myrica Células infectadas

25. Nódulos radiculares nódulos radiculares nódulos caulinares crescimento determinado crescimento indeterminado

26. nódulos caulinares nódulos radiculares

27. Nódulos caulinares de Sesbania rostrata

28. inoculado não inoculado Fixação Biológica de Nitrogênio

29. inoculado não inoculado Siratro cultivado em condições estéreis

30. Quantificação da FBN em caupi

31. Especificidade na interação da leguminosa com bactérias do grupo “rizóbio”

32. Rizóbio tropical • Altamente diverso; • estirpes de crescimento lento; • reconhecem um grande número de hospedeiros;

33. * * * * raiz de leguminosa flavonóides lipoquitooligossacarídeos rizóbio

34. Teste de inoculação cruzada Carolina E. Santos

35. Nod em amendoim e siratro Nod em Stylosanthes Isolados de A. americana Isolados de S.guianensis Isolados de amendoim Nod em caupi Nod em Aeschynomene Esquema de inoculação cruzada Carolina E. Santos

36. Am- Estirpes isoladas de nódulos de Aeschynomene Aes+ Si- Estirpes isoladas de nódulos de amendoim Ca+ Si+ Ca+ Am+ Aes+ Estirpes isolada de nódulo de Aeschynomene Am- Estirpes isoladas de nódulos de Stylosanthes Si+ Ca+ Dendrograma de estirpes de rizóbio de acordo com resultado de inoculação cruzada St+

37. Competividade entre estirpes de rizóbio tropical

38. Produção de bacteriocina em meio de cultura BR33 B.japonicum BR29 B.elkanii

39. Brasil Nigéria EUA Taxa de ocupação em nódulo de caupi por 3 estirpes utilizadas como inoculante Gustavo R. Xavier

40. Diversidade do rizóbio tropical

41. Família Rhizobiaceae~ Bergey´s manual 1984 ~ Rizóbio (rhiza: raiz e bios: vida – o que vive na raiz) 1) Células estimulam a formação de nódulos em raízes de leguminosas. Quando em simbiose reduzem N2 atmosférico 2 gêneros classificados: • Rhizobium (Frank 1889) - crescimento rápido em meio com manitol/extrato de levedura, geralmente nodulam leguminosas temperadas, reação ácida no meio. Teor G+C: 59-64 • Bradyrhizobium (Jordan 1982) - crescimento lento em meio com manitol/extrato de levedura, geralmente nodulam leguminosas tropicais, reação alcalina no meio. Teor G+C: 61-65 2) Células não causam a formação de nódulos nas raízes mas a maioria das spp produzem outros tipos de hipertrofia em várias plantas. Não fixam nitrogênio

42. Rhizobium (Frank 1889) • Bastonetes. Geralmente contém grânulos de Poli-B-hidroxibutirato • Não forma esporo • Gram-negativa • Motilidade através de 1 flagelo polar ou subpolar ou vários ao redor da célula • Aerobiose • Capaz de crescer em microaerofilia • Colônias são circulares, convexas, semi-translúcidas, produtoras de muco • Utilizam uma faixa ampla de fontes de carbono • Produção de muco abundante em meio contendo carboidrato • Reação ácida quando cresce em manitol ou outros carboidratos • Fonte de N: sais de amônio, nitrato e a maioria dos aminoácidos • São capazes de formar nódulos com leguminosas de clima temperado e algumas de clima tropical • Nos nódulos, assume formas pleomórficas (bacteróides)

43. Bradyrhizobium (Jordan 1982) • Bastonetes. Geralmente contém grânulos de Poli-B-hidroxibutirato • Não forma esporo • Gram-negativa • Motilidade através de 1 flagelo polar ou subpolar • Aeróbico • Capaz de crescer em microaerofilia • Colônias são circulares, convexas, opacas, produtoras de muco • Utilizam uma faixa ampla de fontes de carbono • Produção de muco abundante em meio contendo carboidrato • Reação alcalina quando cresce em manitol ou em outros carboidratos • Fonte de N: sais de amônio, nitrato e alguns aminoácidos • São capazes de formar nódulos com leguminosas de clima tropical e algumas de clima temperado • Nos nódulos, assume formas pleomórficas (bacteróides)

44. Rhizobium Sinorhizobium Azorhizobium Estirpes de rizóbio isoladas de nódulos de caupi cultivado em amostras de solo do Nordeste do Brasil Bradyrhizobium japonicum BR 2001

45. Rhizobium Sinorhiz. Mesorhiz. sem similaridade com spp descritas Bradyrhiz. Azorhiz. Isolados de nódulos de amendoim

46. 1 dia 2 dias >2 dias Alteração do pH do meio de cultura por estirpes de rizóbio

47. * * * Composição dos grupos de rizóbio isolados de nódulos radiculares de gêneros da tribo Aeschynomeneae

48. Riqueza de grupos de rizóbio isoladosde nódulos radiculares Índice de Margalef S-1/logN Espécies da tribo Aeschynomeneae

49. Riqueza de grupos de rizóbio isoladosde nódulos radiculares de cultivares de amendoim Índice de Margalef S-1/logN

50. Obrigado!!!norma@cnpab.embrapa.br