Many plants, especially grasses, have Nitrogen (N) as their growth-limiting nutrient. Large amounts of N fertilizer (>100 kg N ha-1) are used in managed systems to maximize crop productivity. However, the plant captures less than 50% of the (~12 million tons per year, U.S.) applied N-fertilizer. The remaining mobile N lost through leaching and denitrification accumulates in waterways and the atmosphere, respectively. Losses of fertilizers create environmental and economic concerns globally and create conditions that support the invasion of exotic plants in the natural landscapes. There is thus a need to come up with biological solutions to better manage nitrogen for plant growth and ecosystem sustainability. Microbial communities in the rhizosphere are known to potentially have beneficial effects on plant growth. Diazotrophs, for example, are bacteria that can convert the atmospheric nitrogen to ammonia, a process called 'nitrogen fixation.' Utilizing the natural process of associative nitrogen fixation to support most of the plant's N needs would substantially reduce fertilizer use and thus reduce production and environmental costs. The goal of this dissertation was to determine the structure and function of root-zone microbial communities for increasing productivity of native plants. Towards this end, we study the root-zone bacterial and fungal communities of native and exotic invasive plants. This study identifies that shifts in rhizosphere microbial communities are associated with invasion and highlights the importance of rhizosphere associated structure and function of microbes. A study of root-zone associated microbes in switchgrass (Panicum virgatum L.) - a U.S. native, warm-season, perennial, bioenergy crop indicates that high biomass yield and taller growth are associated with increased plant N-demand and supportive of bacteria with greater rates of N2-fixation in the rhizosphere. Another crucial outcome of the thesis is a better description of the core and cultivar-specific taxa that comprise the switchgrass root-zone associated microbiome. The work in this dissertation has brought us closer to designing N supply strategies by utilizing the natural microbial communities to balance the N-cycle in agroecosystems and support a sustainable environment. / Ph. D.

Orientador: Marcelo Carvalho Minhoto Teixeira Filho / Resumo: A utilização de bactérias promotoras de crescimento de plantas (BPCPs) pode promover aumento na eficiência da fixação biológica de nitrogênio (FBN), com benefícios no desenvolvimento e produtividade de grãos de soja. Diante o exposto, objetivou-se avaliar os efeitos da coinoculação entre rizóbios e seis BPCPs (Azospirillum brasilense, Bacillus amyloliquefacens, B. licheniformis, B. pumilus, B. subtilis e Pseudomonas fluorescens), inoculadas via semente ou em jato dirigido na base da planta no estádio V3, sobre a nodulação, nutrição, acúmulo de nutrientes e produtividade de grãos de soja no Cerrado. Os experimentos foram conduzidos em sistema plantio direto na Fazenda Experimenal da Faculdade Unesp, Campus de Ilha Solteira, localizada no município de Selvíria – MS, Brasil. num Latossolo Vermelho Distrófico de textura argilosa, em cultivo irrigado. O delineamento experimental foi em blocos ao acaso com quatro repetições, dispostos em esquema fatorial 6x2+3, sendo coinoculação de rizóbios com seis BPCPs (Azospirillum brasilense, Bacillus amyloliquefacens, B. licheniformis, B. pumilus, B. subtilis e Pseudomonas fluorescens), inoculadas na semente ou em jato dirigido na base da planta no estádio V3 da soja; além da testemunha sem inoculação e N, inoculação de sementes apenas com rizóbios (Bradyrhizobium japonicum), e tratamento com adubação nitrogenada (ureia). A coinoculação da soja com as bactérias promotoras de crescimentos via semente ou em estádio V3 proporciona maior número ... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The use of plant growth promoting communities may increase the biological nitrogen efficiency, with benefits in the development and productivity of soybean grains. Given the above, the objective of this study was to evaluate the effects of co-inoculation between rhizobia and six species of growth promoting bacteria (Azospirillum brasilense, Bacillus amyloliquefacens, B. licheniformis, B. pumilus, B. subtilis e Pseudomonas fluorescens), inoculated via seeds or directed jet at the base of the plant in V3 stage, on nodulation, nutrition, nutrient accumulation and yield of soybean grains at Cerrado. The experiments were conducted under no-tillage system at the Experimenal Farm belonging to Unesp-Ilha Solteira, located in Selvíria-MS, Brazil, in irrigated cultivation. The experimental design adopted was randomized blocks, with four replicates, arranged in 6x2+4 factorial outline, being co-inoculation of rhizobia with six species of growth promoting bacteria (Azospirillum brasilense, Bacillus amyloliquefacens, B. licheniformis, B. pumilus, B. subtilis e Pseudomonas fluorescens) inoculated in the seed or directed jet at the base of the plant in V3 stage in soybean, beyond the control without inoculation and nitrogen, seed inoculation only with rihzobia (Bradyrhizobium japonicum), and treatment with nitrogen fertilization (urea). The co-inoculation of soybean with growth promoting bacteria via seed or in the V3 stage provides greater numbers of nodules per plant relative to conventio... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

O Brasil é o segundo maior produtor mundial de soja. Novas tecnologias que possibilitem um aumento na produção desse grão, sem causar impactos no ecossistema, são de grande interesse ambiental, social e econômico. Com objetivo de desenvolver um pacote biotecnológico foram realizados quatro grupos de estudos. Em ensaios in vitro e in vivo foram selecionados, um rizóbio (Ensifer fredii) e duas bactérias promotoras de crescimento vegetal (Pseudomonas fluorescens e Paenibacillus edaphicus) para serem co-inoculadas em sementes de soja. Por meio de estudos em casa-de-vegetação foram desenvolvidas duas tecnologias aplicadas ao inoculante contendo o rizóbio ( fatores Nod e cobamamida), que foram avaliados em conjunto (pacote biotecnológico) em campo de cultivo de soja, que mostrou-se capaz de aumentar a nodulação, o desenvolvimento da planta e rendimento dos grãos dessa leguminosa. / Brazil is the worlds second largest producer of soybean. New technologies that increase the production of this grain, without causing environmental impacts, they are of great enviromental, social and economic importance. In order to develop a biotechnological package it was conducted four study groups. Using in vitro and in vivo assays were selected, one rhizobium (Ensifer fredii) and two plant growth promoters bacterias (Pseudomonas fluorescens e Paenibacillus edaphicus) to b eco-inoculated in soybean seeds. Through studies in greenhouses, two technologies applied to agricultural inoculant have been developed (Nod factors and cobamamide), which were evaluated together (biotecnhological package) in soybean crop field, wich proved capable to increase nodulation, plant growth and yield grain of this legume.

A expansão agrícola tem provocado modificações expressivas na dinâmica de nitrogênio (N) em sistemas tropicais. No Brasil, a expansão dos cultivos de soja é uma realidade e, portanto, investigações a cerca dos processos que controlam o ciclo de nitrogênio nestes sistemas são fundamentais. A fixação biológica de nitrogênio (FBN) por leguminosas pode promover aportes significativos de N nos sistemas agrícolas em solos tropicais, no entanto, o destino destes aportes e o balanço entre entradas e saídas de N não é completamente entendido. Este trabalho teve como objetivo investigar comparativamente a dinâmica de nitrogênio em cultivos de soja e floresta no estado de Mato Grosso, sudeste da Amazônia. Foram determinados o \'delta\'15N e %N do solo e da vegetação, estoques de N e C, N-NO3-, N-NH4+, bem como outras propriedades químicas e físicas do solo em áreas de floresta e em áreas submetidas a cultivos de soja ao longo de uma cronosequência (1, 2, 5 e 6 anos de cultivo). Foram realizadas estimativas de FBN (Fixação Biológica de Nitrogênio) em cultivos de soja utilizando a abundância natural de 15N sob condições de campo. A conversão das áreas de cultivo partiu de pastagem, sendo esta área utilizada como referência inicial quanto aos estoques de N e ao \'delta\'15N do solo. Foi observado um aumento significativo nos estoques de nitrogênio do solo (0 a 10cm) ao longo dos anos de cultivo de soja, estes no entanto, foram menores que os estoques encontrados na floresta. Os estoques de N no solo (0-10cm) variaram de 1230 kg N ha-1 na pastagem a 1370 kg N ha-1 nos cultivos mais antigos. O acúmulo anual de N pela soja foi de 158,6 kg N ha-1 nos cultivos mais antigos, do qual 79% foi derivado da FBN. Não foram encontradas diferenças significativas nas taxas de mineralização e nitrificação líquida entre as áreas, no entanto, altos valores de N-NO3- foram encontrados nas camadas mais profundas de solo em cultivos de soja. Apesar de não serem observadas diferenças significativas no \'delta\'15N do solo entre os cultivos, estes, no entanto, apresentaram valores de \'delta\'15N intermediários entre a pastagem e a floresta. Os resultados indicaram um padrão de acúmulo de nitrogênio ao longo da cronosequência de cultivos de soja, indicando um possível retorno gradual dos estoques de N e do sinal isotópico do solo que ocorriam na floresta antes da conversão para pastagem e cultivo de soja, este retorno, no entanto, não parece acontecer a médio-prazo / Agricultural expansion has greatly changed the nitrogen (N) dynamics in tropical systems. The expanding soybean frontier in Brazil is a reality, and investigations of the processes driving N dynamics in these systems are needed to minimize environmental impacts and to promote the sustainability of agricultural systems. Biological nitrogen fixation (BNF) by legumes can provide significant N inputs to crop systems on highly weathered tropical soils, although the fate of these inputs in the environment and the balance between inputs and outputs of N in these systems is poorly understood. This work investigated N dynamics in a chronosequence of soybean fields (1, 2, 5 and 6 years of cultivation) and mature forest in the Brazilian state of Mato Grosso, which is at the southern limit of the Amazon forest. We measured soil N and C stocks, N-NO3-, N-NH4+ concentration and soil \'delta\'15N as well as biological nitrogen fixation (BNF) inputs by soybean, which were assessed using the 15N natural abundance technique under field conditions. Additional measurements of physical and chemical properties of soils were also provided. The land-use-conversion started from pasture, so this site was used as an initial reference for soil N stocks and soil \'delta\'15N. Mature forest stands on the ranch were also used as an additional reference. Soil N stocks (top 10cm) ranged from 1230 kg N ha-1 in the pasture to 1370 kg N ha-1 in the oldest soybean fields. The trend of increasing N stocks with field age was statistically significant. The annual N accumulation by soybean plant biomass was 158,6 kg N ha-1 in the oldest soy fields, of which 79% was estimated to be derived by BNF, based on the natural abundance technique. There was no statistically significant trend in the mineralization and nitrification rates among the areas. However, extracts of soil profiles showed significant increases in deep soil nitrate concentrations in soybean soils compared to forest soils. There was no statistically significant trend in the soil \'delta\'15N within the chronosequence of soybean fields, although the values were intermediate between the soil \'delta\'15N values found in the pasture and the forest. These results showed a pattern of nitrogen accumulation in the soil along the chronosequence of soybean fields, indicating a possible gradual return to soil N stocks and isotopic signatures occurring in the forest soil before the conversion to pasture and soybean, although this may not happen in the near future

A fixação biológica de nitrogênio (FBN) consiste na principal fonte de obtenção de nitrogênio (N) pela cultura da soja [Glycine max (L.) Merrill]. A aplicação de fertilizantes nitrogenados pode comprometer a eficiência da nodulação e não ser traduzida em ganhos significativos de produtividade, representando assim um custo dispensável ao produtor. Objetivou-se com esse trabalho avaliar o efeito exclusivo da FBN, da aplicação de nitrogênio mineral (ureia) no estádio fenológico V1, no florescimento e em ambos os momentos para avaliar a quantidade de 15N na planta proveniente do solo, do fertilizante e da fixação biológica de nitrogênio (FBN) - por meio da técnica de diluição isotópica -, avaliar a nodulação, a atividade da nitrogenase e nitrato redutase, a concentração e o acúmulo de N, a redistribuição de N, o crescimento e a produção de grãos das plantas. As plantas de soja não responderam à aplicação de N na maioria das variáveis. A massa de matéria seca das raízes, parte aérea e grãos, os componentes de produtividade, a atividade da nitrato redutase, a taxa de assimilação de CO2, a concentração e o acúmulo de N nas partes da planta, no fim do ciclo, não diferiram entre as formas de aplicação de N. Quando foi aplicada ureia em V1, houve redução no número de nódulos avaliados em V4 e redução na atividade da nitrogenase no florescimento. As folhas e a haste foram responsáveis pela maior parte da remobilização de N aos grãos. Mais de 50% do N-total das partes da planta, em todos os tratamentos, vieram da FBN, exceto para as folhas nos tratamentos com aplicação de N via solo. Nos grãos, a FBN contribuiu com aproximadamente 80% do N-total acumulado quando houve aplicação de ureia em V1, 96% no tratamento com ureia via foliar no florescimento e 75% com ambas as aplicações / Biological nitrogen fixation (BNF) is the main source of nitrogen (N) uptake and assimilation by soybean [Glycine max (L.) Merrill] crop. The hypothesis to be verified is whether the mineral-N supply as fertilizer can decrease nodulation and N-metabolism as well as reduce grains yield and shoot biomass. The aims of this work were to evaluate the main effect of BNF, the application of mineral nitrogen (urea) at V1 phenological stage, flowering and both times and quantify the soil-N supply in order to evaluate the amount of 15N taken up by plants from soil, fertilizer and the contribution of BNF, by means of the isotope dilution technique. We have evaluated plant nodulation, nitrogenase and nitrate reductase activity, quantification of N concentration and accumulation, N redistribution (retranslocation), growth, biomass and grains yield. Soybean plants did not respond to N application for the most of variables. The root, shoot and grain dry weight, yield components, nitrate reductase activity, CO2 assimilation rate, N-concentration and N-accumulation at R8 phenological stage did not differ, regardless N application. When applied at V1, urea reduced the number of nodules accounted at V4 phenological stage and the nitrogenase activity at flowering. Leaves and stem were the main source for most of N redistributed to grains (sink). BNF provided more than 50% of the total plant N in all treatments, except for leaves of plants that received N application to soil. Nearly 80% of grains N derived from BNF when urea was applied at V1, 96% for the foliar N treatment at flowering and 75% for both N applications

O desenvolvimento de tecnologias alternativas que visem aumentar a disponibilidade e eficiência do uso dos recursos minerais para as plantas aparecem como importante medida para se alcançar um crescimento sustentável da agricultura. Neste contexto, o suprimento de nitrogênio por meios biológicos, utilizando micro-organismos diazotróficos, dos quais os mais estudados são os rizóbios associados simbioticamente às leguminosas, é uma importante alternativa. Porém o sucesso atingido com essa simbiose em leguminosas ainda não foi alcançado em outras famílias de plantas, principalmente por limitações associadas à otimização das combinações planta-bactéria. Em gramíneas, diazotróficos endofíticos têm sido usados como inoculante, com resultados controversos. No entanto, é possível que micro-organismos diazotróficos epifíticos possam apresentar maior vantagem adaptativa devido à menor especificidade em sua relação com a planta, e serem mais eficientes em plantas não-leguminosas. O presente trabalho teve por objetivo avaliar o efeito de um inoculante produzido a partir de bactérias diazotróficas isoladas da filosfera no crescimento de milho e tomateiro. Ensaios foram realizados em condições de casa-de-vegetação, utilizando-se três diferentes isolados de bactérias diazotróficas encapsuladas em esferas de alginato sob diferentes níveis de adubação nitrogenada. A eficiência dos isolados em fixar nitrogênio foi avaliada através da atividade da nitrogenase. As populações de diazotróficos na rizosfera foram determinadas através da técnica do número mais provável (NMP) ao final do ensaio. Além disso, parâmetros como biomassa da parte aérea e das raízes foram analisados. Os dados foram submetidos à análise de variância, sendo as médias das variáveis comparadas pelo teste Duncan (p<0,05), utilizando-se o programa estatístico R. Plantas de milho, aos 60 dias após a inoculação com o isolado J8L, apresentaram matéria seca da raiz e atividade da nitrogenase 26 e 50 % superior ao controle não-inoculado, respectivamente. Plantas de tomateiro, 30 dias após a inoculação com o isolado E5L, apresentaram matéria seca da parte aérea e matéria seca da raiz 39 e 31 % superior ao controle não-inoculado, respectivamente. Parte dos efeitos observados no milho e tomateiro podem ser explicados pela atividade de fixação biológica de nitrogênio e produção de fitormônios, como auxina. A atividade da nitrogenase na rizosfera do milho, 60 dias após a inoculação foi maior no solo sem adição de N. O NMP não apresentou diferenças significativas e nos ensaios com milho e tomateiro, entre plantas inoculadas e não inoculadas, mostrando uma provável influência da comunidade diazotrófica nativa sobre a população final de diazotróficas analisada. De uma maneira geral, os isolados J8L e E5L proporcionaram ganhos significativos para as culturas do milho e tomateiro, mostrando potencial para uso como biofertilizantes. / The development of alternative technologies to increasing availability and use efficiency of mineral resources for plants is an important step for sustainable agricultural production. In this context, the supply of nitrogen by biological means, using diazotrophic microorganisms, of which the most studied are rhizobia symbiotically associated with legumes, is an important alternative. However, the efficiency of rhizobium-legume symbioses has not yet been achieved in other plant families, mainly due to limitations associated with the optimization of plant-bacterial combinations. In grasses, endophytic diazotrophs have been used as inoculant, with controversial results. However, it is possible that epiphytic diazotrophic microorganisms may have adaptive advantages over endophytes, due to the lower specificity in their associations with plants, and be more efficient in non-leguminous plants. The objective of the present work was to evaluate the effect of an inoculant produced with diazotrophic bacteria isolated from the phyllosphere on the growth of maize and tomato. Assays were carried out under greenhouse conditions using three isolates of diazotrophic bacteria encapsulated in alginate beads under different levels of nitrogen fertilization. The efficiency of the isolates in fixing nitrogen was evaluated determining nitrogenase activities. The populations of diazotrophic bacteria in the rhizosphere were determined by the most probable number (MPN) technique at the end of the experiment. In addition, parameters such as shoot and root biomass were analyzed. The data were submitted to the analysis of variance, and means were compared by the Duncan test (p<0.05), using the statistical program R. Maize plants at 60 days after inoculation with the J8L isolate presented root dry weight and nitrogenase activity in the rhizosphere 26 and 50% higher than the uninoculated control, respectively. Tomato plants, 30 days after inoculation with the E5L isolate, presented shoot and root dry weight 39 and 31% higher than the uninoculated control, respectively. Part of the effects observed in maize and tomato can be explained by the nitrogen fixation activity and auxin production. Nitrogenase activity in the maize rhizosphere, 60 days after inoculation was higher in the soil without N supply. The population of diazothrophic bacteria in the rhizosphere of inoculated and non-inoculated maize and tomato plants were not significantly different, showing a probable influence of the native diazotrophic community on the total diazotrophic population. In general, isolates J8L and E5L promoted growth of maize and tomato, showing potential for use as biofertilizers.

O desenvolvimento de tecnologias alternativas que visem aumentar a disponibilidade e eficiência do uso dos recursos minerais para as plantas aparecem como importante medida para se alcançar um crescimento sustentável da agricultura. Neste contexto, o suprimento de nitrogênio por meios biológicos, utilizando micro-organismos diazotróficos, dos quais os mais estudados são os rizóbios associados simbioticamente às leguminosas, é uma importante alternativa. Porém o sucesso atingido com essa simbiose em leguminosas ainda não foi alcançado em outras famílias de plantas, principalmente por limitações associadas à otimização das combinações planta-bactéria. Em gramíneas, diazotróficos endofíticos têm sido usados como inoculante, com resultados controversos. No entanto, é possível que micro-organismos diazotróficos epifíticos possam apresentar maior vantagem adaptativa devido à menor especificidade em sua relação com a planta, e serem mais eficientes em plantas não-leguminosas. O presente trabalho teve por objetivo avaliar o efeito de um inoculante produzido a partir de bactérias diazotróficas isoladas da filosfera no crescimento de milho e tomateiro. Ensaios foram realizados em condições de casa-de-vegetação, utilizando-se três diferentes isolados de bactérias diazotróficas encapsuladas em esferas de alginato sob diferentes níveis de adubação nitrogenada. A eficiência dos isolados em fixar nitrogênio foi avaliada através da atividade da nitrogenase. As populações de diazotróficos na rizosfera foram determinadas através da técnica do número mais provável (NMP) ao final do ensaio. Além disso, parâmetros como biomassa da parte aérea e das raízes foram analisados. Os dados foram submetidos à análise de variância, sendo as médias das variáveis comparadas pelo teste Duncan (p<0,05), utilizando-se o programa estatístico R. Plantas de milho, aos 60 dias após a inoculação com o isolado J8L, apresentaram matéria seca da raiz e atividade da nitrogenase 26 e 50 % superior ao controle não-inoculado, respectivamente. Plantas de tomateiro, 30 dias após a inoculação com o isolado E5L, apresentaram matéria seca da parte aérea e matéria seca da raiz 39 e 31 % superior ao controle não-inoculado, respectivamente. Parte dos efeitos observados no milho e tomateiro podem ser explicados pela atividade de fixação biológica de nitrogênio e produção de fitormônios, como auxina. A atividade da nitrogenase na rizosfera do milho, 60 dias após a inoculação foi maior no solo sem adição de N. O NMP não apresentou diferenças significativas e nos ensaios com milho e tomateiro, entre plantas inoculadas e não inoculadas, mostrando uma provável influência da comunidade diazotrófica nativa sobre a população final de diazotróficas analisada. De uma maneira geral, os isolados J8L e E5L proporcionaram ganhos significativos para as culturas do milho e tomateiro, mostrando potencial para uso como biofertilizantes. / The development of alternative technologies to increasing availability and use efficiency of mineral resources for plants is an important step for sustainable agricultural production. In this context, the supply of nitrogen by biological means, using diazotrophic microorganisms, of which the most studied are rhizobia symbiotically associated with legumes, is an important alternative. However, the efficiency of rhizobium-legume symbioses has not yet been achieved in other plant families, mainly due to limitations associated with the optimization of plant-bacterial combinations. In grasses, endophytic diazotrophs have been used as inoculant, with controversial results. However, it is possible that epiphytic diazotrophic microorganisms may have adaptive advantages over endophytes, due to the lower specificity in their associations with plants, and be more efficient in non-leguminous plants. The objective of the present work was to evaluate the effect of an inoculant produced with diazotrophic bacteria isolated from the phyllosphere on the growth of maize and tomato. Assays were carried out under greenhouse conditions using three isolates of diazotrophic bacteria encapsulated in alginate beads under different levels of nitrogen fertilization. The efficiency of the isolates in fixing nitrogen was evaluated determining nitrogenase activities. The populations of diazotrophic bacteria in the rhizosphere were determined by the most probable number (MPN) technique at the end of the experiment. In addition, parameters such as shoot and root biomass were analyzed. The data were submitted to the analysis of variance, and means were compared by the Duncan test (p<0.05), using the statistical program R. Maize plants at 60 days after inoculation with the J8L isolate presented root dry weight and nitrogenase activity in the rhizosphere 26 and 50% higher than the uninoculated control, respectively. Tomato plants, 30 days after inoculation with the E5L isolate, presented shoot and root dry weight 39 and 31% higher than the uninoculated control, respectively. Part of the effects observed in maize and tomato can be explained by the nitrogen fixation activity and auxin production. Nitrogenase activity in the maize rhizosphere, 60 days after inoculation was higher in the soil without N supply. The population of diazothrophic bacteria in the rhizosphere of inoculated and non-inoculated maize and tomato plants were not significantly different, showing a probable influence of the native diazotrophic community on the total diazotrophic population. In general, isolates J8L and E5L promoted growth of maize and tomato, showing potential for use as biofertilizers.

Manguezais são ecossistemas de transição entre ambientes terrestres e marinhos encontrados em regiões tropicais e subtropicais. A ampla faixa de variações de salinidade e teor oxigênio, típica desses ambientes, está entre os principais fatores condicionantes da colonização e desenvolvimento da biota. Apesar disso, são ambientes com elevada produção primária. Entre os nutrientes, o nitrogênio é um dos principais fatores limitantes que afetam o desenvolvimento da vegetação do manguezal e somente baixa disponibilidade de formas reduzidas está presente. Portanto, há a necessidade de determinar os micro-organismos fixadores de nitrogênio que colonizam os ecossistemas de manguezais. Dentre esses, existem as cianobactérias, um grupo bem conhecido de micro-organismos fotossintéticos oxigênicos e fixadores de nitrogênio. Neste estudo, 50 linhagens de cianobactérias foram isoladas de amostras ambientais de solos, água e material perifítico, coletadas nos ecossistemas de manguezais da Ilha do Cardoso e Bertioga, São Paulo. Essas linhagens foram isoladas usando meios específicos de crescimento e análises morfológicas identificaram representantes das ordens Chroococcales (35 linhagens, 70%), Oscillatoriales (9 linhagens, 18%) e Nostocales (6 linhagens, 12%). Dezesseis linhagens distribuídas entre as ordens Chroococcales e Nostocales foram selecionadas para os estudos de filogenia usando o gene rpoC1. A maioria das sequências de rpoC1 geradas pela amplificação por PCR usando o conjunto específico de primer rpoC1-1/rpoC1-T mostraram baixas similaridades (menor que 90%) com seqüências disponíveis no GenBank, indicando que estas linhagens de cianobactérias são únicas. As exceções foram somente duas linhagens (Synechococcus sp. CENA177 and Cyanothece sp. CENA169) que apresentaram altas similaridades com sequências de cianobactérias isoladas de ambientes de água doce do Brasil. A análise filogenética Neighbor-Joining mostrou que várias das novas linhagens cianobactérias dos manguezais se agruparam, sem relação com a descrição taxonômica baseada na caracterização morfotípica. Uma busca pelo gene funcional nifH, o qual codifica para a redutase da nitrogenase, em 27 isolados dos manguezais, revelou a sua presença em 21 linhagens (77%) dispersas entre as ordens Chroococcales, Oscillatoriales e Nostocales. Os 21 fragmentos do gene nifH amplificados foram clonados e seqüenciados e todas as sequências também mostram baixas similaridades (menor que 95%) com seqüências de cianobactérias disponíveis no GenBank. A análise filogenética do gene nifH posicionou as novas linhagens de cianobactérias dos manguezais em vários agrupamentos distribuídos ao longo da árvore, e como também observado para o gene rpoC1, sem correlação com a descrição taxonômica baseada na caracterização morfotípica. Atividade da nitrogenase, avaliada pela técnica de redução de acetileno, foi encontrada em cinco linhagens pertencentes à ordem Nostocales e em uma linhagem pertencente à ordem Chroococcales. A estimativa da fixação biológica de nitrogênio por essas linhagens variaram de 327,01 a 1.954,15 pmol N2.g-1 de biomassa seca.dia-1. / Mangroves are transitional ecosystems between terrestrial and marine environments found in tropical and subtropical regions. The broad range of variations of salinity and oxygen content, typical of these environments, is among the main constraint factors for the establishment and development of biota. Nevertheless, mangroves have high primary production. Among the nutrients, nitrogen is one of the most important limiting factors affecting the development of mangrove vegetation and only low availability of reduced forms is present. Therefore, there is a need to determine the nitrogen fixing microorganisms that colonize mangrove ecosystems. Among those, there are the cyanobacteria, a well known group of oxygenic photosynthetic and nitrogen fixing microorganisms. In this study, 50 cyanobacterial strains were isolated from environmental samples of soil, water and periphytic material collected in the Cardoso Island and Bertioga mangrove ecosystems, São Paulo. These strains were isolated using specific growth media and morphological analyses identified representatives of the orders Chroococcales (35 strains, 70%), Oscillatoriales (9 strains, 18%) and Nostocales (6 strains, 12%). Sixteen strains belong to the orders Chroococcales and Nostocales were selected for phylogeny studies using the gene rpoC1. The majority of rpoC1 sequences generated by PCR amplification using the specific set primer rpoC1-1/rpoC1-T showed low similarities (below 90%) with sequences available in the GenBank, indicating that these cyanobacterial strains are unique. The exceptions were only two strains (Synechococcus sp. CENA177 and Cyanothece sp. CENA169) that had high similarities with cyanobacterial sequences isolated from Brazilian freshwater environments. The Neighbor-Joining phylogenetic analysis showed that several of the new mangrove cyanobacterial strains clustered together, with no relationship with the taxonomical description based on morphotypic characterization. A search for the functional nifH gene, which coding for nitrogenase reductase, on 27 mangrove isolates revealed its presence in 21 strains (77%) dispersed among the orders Chroococcales, Oscillatoriales and Nostocales. The 21 amplified fragments of nifH were cloned and sequenced, and all the sequences also showed low similarities (below 95%) with cyanobacterial sequences available in the GenBank. The phylogenetic analysis of nifH gene positioned the new mangrove cyanobacterial strains in several clusters distributed along the tree, and as also observed for rpoC1 gene, with no correlation with the taxonomical description based on morphotypic characterization. Nitrogenase activity, measured by the acetylene reduction technique, was found in five strains belonging to the order Nostocales and one strain belonging to the order Chroococcales. The estimation of biological nitrogen fixation by these strains ranged from 327.01 to 1954.15 pmol N2.g-1 dry biomass.day-1.

Submitted by Jean Medeiros (jeanletras@uepb.edu.br) on 2016-08-29T13:19:29Z No. of bitstreams: 1 PDF - Maria Idaline Pessoa Cavalcanti.pdf: 3126151 bytes, checksum: 7cc5f06fc9b1c13fe29f35bf6febb0b7 (MD5) / Approved for entry into archive by Secta BC (secta.csu.bc@uepb.edu.br) on 2016-08-29T17:03:24Z (GMT) No. of bitstreams: 1 PDF - Maria Idaline Pessoa Cavalcanti.pdf: 3126151 bytes, checksum: 7cc5f06fc9b1c13fe29f35bf6febb0b7 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-08-29T17:03:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PDF - Maria Idaline Pessoa Cavalcanti.pdf: 3126151 bytes, checksum: 7cc5f06fc9b1c13fe29f35bf6febb0b7 (MD5) Previous issue date: 2016-04-01 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / Little information have now been raised about the diversity and biotechnological potential of soil microorganisms in the semiarid region, especially those associated with grasses The biological nitrogen fixation process (BNF) is the main form of nitrogen input (N) natural ecosystems and is brokered by diazotrophic symbiotic microorganisms or living free the aim of this study was to isolate and characterize, through biochemical and genetic methods, a collection of bacteria associated with maize (Zea mays) present in semi-arid soils using three different methodological approaches: (i) directly semisolid medium, (ii) directly on solid medium and (iii) using a leguminous plant as bait for obtaining the rhizobia associated with corn. 405 bacterial isolates were obtained which were characterized morphologically and genotypically. With respect to the biotechnological potential 92% of the isolates produced indole-3-acetic acid (IAA), 30% solubilized calcium phosphate and 19% siderophores produced. It was confirmed antagonist activity to the fungus Fusarium oxysporum in the three methods studied. The restriction analysis (ARDRA) showed that the place of origin of the isolates was a determining factor for the group of bacteria. A total of 79 isolates were selected for growth promotion test vessels. The DBG10 and PBG82 isolated provide greater benefits to plants when inoculated in corn seeds tested in experimental vessels, being more efficient with respect to FBN, to cultivate corn BRS Gorutuba. / Poucas informações foram até hoje levantadas a respeito da diversidade e do potencial biotecnológico dos micro-organismos do solo no Semiárido, principalmente daqueles associados a gramíneas O processo de fixação biológica de nitrogênio (FBN) é a principal forma de entrada de nitrogênio (N) em ecossistemas naturais e é interme diado por micro-organismos diazotróficos simbióticos ou de vida livre O objetivo deste trabalho foi isolar e caracterizar, por meio de métodos bioquímicos e genéticos, uma coleção de bactérias associadas ao milho (Zea mays) presentes em solos do Semiárido, utilizando três diferentes abordagens metodológicas: (i) diretamente em meio semissólido,(ii) diretamente em meio sólido e (iii) utilizando uma leguminosa como planta isca para a obtenção dos rizóbios associados ao milho. Foram obtidos 405 isolados bacterianos os quais foram caracterizados morfológica e genótipicamente. Com relação ao potencial biotecnológico, 92% dos isolados produziram ácido indol-3-acético (AIA), 30% solubilizaram fosfato de cálcio e 19% produziram sideróforos. Foi confirmada atividade antagonista ao fungo Fusarium oxysporum nas três metodologias estudadas. A análise de restrição (ARDRA) mostrou que o local de origem dos isolados foi fator determinante para o agrupamento das bactérias. Um total de 79 isolados foram selecionados para os ensaio de promoção de crescimento em vasos. Os isolados DBG10 e PBG82 proporcionam maiores benefícios às plantas quando inoculados nas sementes de milho testadas em experimento de vasos, sendo mais eficiente com relação a FBN, para a cultivar de milho BRS Gorutuba.

Made available in DSpace on 2016-04-28T14:58:56Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2007-Humberto Antao de Sousa e Silva.pdf: 1812876 bytes, checksum: fc5dddb0fe3112c5b22807ccdce3e05b (MD5) Previous issue date: 2007-02-14 / Coordena??o de Aperfei?oamento de Pessoal de N?vel Superior / In a modern cattle-breeding using pastures that allows a gain of weight is an essential factor. The Arachis pintoi is an option to a good alimentary diet and to the recuperation of degraded pastures, due to its potential in biological fixation of nitrogen and resistance to acid soil with high contents of aluminium. Experiments were conducted in greenhouse and growth chamber condition, in order to study the behavior of Arachis pintoi (Amarillo cv., Belmonte cv. and accession BRA-031534) in its relation to inoculation with rhizobial strains, aluminium tolerance and Mo influence. Strains CIAT-5067, CIAT-5083, CIAT-5087, BR-1432 e BR-1433 were used in inoculation experiments. In experiments with aluminium were used: a) A simple nutritive solution, initially with rates 10&#956;M, 20&#956;M, 40&#956;M, 80&#956;M and 160&#956;M, and later 2&#956;M, 4&#956;M, 8&#956;M, 16&#956;M e 32&#956;M, b) A complete nutritive solution with rates 20&#956;M, 40&#956;M, 80&#956;M, 160&#956;M and 320&#956;M at Amarillo cv. and access BRA-031534 propagated by seeds and at the Amarillo and Belmonte cv. and access BRA-031534 vegetatively propagated. In the experiment with Mo, four rates of molybdenum (0g.ha-1, 50g.ha-1, 100g.ha-1 e 200g.ha-1), three levels of pH (4,0; 5,0 e 6,0) and two collection dates (49 days and 78 days) were used. The plants inoculated with CIAT strains, presented a good response to nodulation especially in relation to Belmonte cv., and with the same effectiveness of native strain. It was observed deleterious effect of nitrogen in the number of nodules. The results in simple nutritive solution had shown reduction in growth and dry mass of the root and a reduction evaluated in 27% by the relative root length between the concentration of 16&#956;M and the control. In these experiments were observed responses to the concentration of aluminium, with appearance of mucilage and darkening of the primary root. In studies involving complete nutritional solution, Amarillo cultivar and accession BRA-031534 propagated by seeds had had reduction in the growth of the primary root and in relative length of the root in relation to the control. In the concentrations of 320&#956;M and 160&#956;M, a reduction of 51% and 49% respectively, in the Amarillo cultivar and access BRA-031534. It was also observed in this study with the Amarillo cultivar, roots with tip dark in the concentrations of 160&#956;M and 320&#956;M, and increase in the number of secondary roots from the concentration of 80&#956;M. Pyrocatecol violet dyes seems to be promising in allowing a visualization of aluminum effects to Amarillo cultivar and accession BRA-031534. The aluminum in vegetative propagation influenced the cultivars and accession tested. Belmonte cultivar formed a higher number of adventitious roots when compared with Amarillo cv and accession BRA-031534, and with a concentration of 80&#956;M a reduction in the adventitious roots length of the tested cultivars and access occurred. The molybdenum application promote answer in the second harvest in the pH 6,0 being obtained a larger number of nodules in the concentration of 200g.ha-1.The pH intervened in the nodulation. / Na pecu?ria moderna, o uso de pastagens que permitem um bom ganho de peso ? um fator imprescind?vel. A leguminosa Arachis pintoi apresenta-se como uma op??o tanto para uma dieta alimentar eficiente, como para recupera??o de pastagens degradadas devido ao seu potencial em fixa??o biol?gica de nitrog?nio e resist?ncia a solos ?cidos com teor elevado de alum?nio. Com a finalidade de estudar o comportamento do Arachis pintoi em rela??o ? inocula??o com estirpes de riz?bio, toler?ncia ao alum?nio e a influ?ncia do molibd?nio, foram conduzidos experimentos em condi??es de casa de vegeta??o e c?mara de crescimento. Nos experimentos de inocula??o utilizaram-se as estirpes CIAT-5067, CIAT-5083, CIAT-5087, BR-1432 e BR-1433. Nos experimentos com alum?nio foram utilizadas: a) Solu??o nutritiva simples, (10&#956;M, 20&#956;M, 40&#956;M, 80&#956;M e 160&#956;M) e (2&#956;M, 4&#956;M, 8&#956;M, 16&#956;M e 32&#956;M), na cultivar Amarillo. b) Solu??o nutritiva completa (20&#956;M, 40&#956;M, 80&#956;M, 160&#956;M e 320&#956;M) na cultivar Amarillo e acesso BRA-031534 propagadas por sementes e nas cultivares Amarillo, Belmonte e acesso BRA-031534 propagadas vegetativamente. No experimento com molibd?nio, foi utilizada a cultivar Amarillo, quatro dosagens de molibd?nio (0gha-1, 50g.ha-1, 100g.ha-1 e 200g.ha-1), tr?s n?veis de pH (4,0; 5,0 e 6,0) e duas ?pocas de coleta (49 e 78 dias). Nos experimentos de sele??o de estirpes, as plantas inoculadas com as estirpes CIAT, apresentaram uma boa resposta ? nodula??o principalmente em rela??o ? cultivar Belmonte, e com a mesma efetividade que as estirpes nativas. Na cultivar Belmonte foi observado efeito delet?rio do nitrog?nio no n?mero de n?dulos por planta. Os resultados obtidos nos experimentos com Al, em solu??o nutritiva simples mostraram uma redu??o no crescimento, redu??o na massa seca da raiz e uma redu??o avaliada em 27% pelo comprimento radicular relativo entre as concentra??es de 16&#956;M e o controle. Ocorreram nestes experimentos respostas ?s concentra??es de alum?nio, com aparecimento de mucilagem e escurecimento da raiz prim?ria. Nos estudos envolvendo solu??o nutritiva completa, as pl?ntulas da cultivar Amarillo e do acesso BRA-031534 propagadas por sementes tiveram redu??o no crescimento da raiz prim?ria e no comprimento relativo da raiz em rela??o ? testemunha. Nas concentra??es de 320&#956;M e 160&#956;M, observou-se uma redu??o de 51% e 49% respectivamente, na cultivar Amarillo e no acesso BRA-031534. Tamb?m foi observado na cultivar Amarillo, ra?zes com as extremidades escurecidas nas concentra??es de 160&#956;M e 320&#956;M e aumento no n?mero de ra?zes secund?rias a partir da concentra??o de 80&#956;M. O corante violeta de pirocatecol parece promissor em permitir uma visualiza??o dos efeitos do alum?nio para a cultivar Amarillo e acesso BRA-031534. O alum?nio influenciou as cultivares e acesso testados com a cultivar Belmonte formando um maior n?mero de ra?zes advent?cias que a cv Amarillo e o acesso BRA-031534. A partir da concentra??o de 80&#956;M, ocorreu uma redu??o no comprimento das ra?zes advent?cias das cultivares e acesso testados. A aplica??o de molibd?nio foi eficiente na segunda colheita no pH 6,0 sendo obtido um maior n?mero de n?dulos na concentra??o de 200g.ha-1. O pH interferiu na nodula??o.