Orientador: Leandro Borges Lemos / Resumo: Práticas mais sustentáveis envolvendo a fixação biológica de nitrogênio (FBN) e o uso do clorofilômetro portátil no manejo da adubação têm se mostrado promissoras para aumentar a eficiência do uso de nitrogênio (N) na cultura do feijoeiro-comum. Objetivou-se monitorar manejos de fornecimento de N com o uso do clorofilômetro portátil e avaliar seus efeitos nos atributos agronômicos e qualitativos de cultivares de feijoeiro-comum do tipo carioca de crescimento indeterminado e determinado (IPR Campos Gerais e IAC Imperador). O experimento foi implantado no delineamento em blocos casualizados (DBC), no esquema fatorial 2 x 9, com quatro repetições. O primeiro fator foi constituído pelas cultivares e o segundo fator pelos seguintes manejos de fornecimento de N: MT: Testemunha sem inoculação e sem adubação de N em cobertura; MRiz: Testemunha inoculada com Rhizobium tropici e sem aplicação de N em cobertura; MRiz+Clo: Inoculação com Rhizobium tropici + 30 kg ha-1 de N quando o índice de suficiência de N (ISN) determinado com o uso do clorofilômetro portátil for inferior a 90%; MRiz+Clo+Azo: Inoculação com Rhizobium tropici + de 30 kg ha-1 de N quando ISN < 90% + aplicação de Azospirillum brasilense via foliar (V4); MClo: 30 kg ha-1 de N quando ISN < 90%; M45: 45 kg ha-1 de N em V4; M90: 90 kg ha-1 de N em V4; M135: 135 kg ha-1 de N em V4; MRef: 90 kg ha-1 de N em V3 + 90 kg ha-1 de N em V4. Realizou-se o monitoramento do índice de clorofila e a avaliação dos teores de N foliar ao lo... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: More sustainable practices involving biological nitrogen fixation (BNF) and the use of portable chlorophyll meter in fertilization management are promising to increase nitrogen (N) use efficiency in the common bean crop. This study aimed to monitor N supply managements using a portable chlorophyll meter and its effects on agronomic and qualitative attributes of Carioca-type common bean cultivars with indeterminate and determinate growth habits (IPR Campos Gerais and IAC Imperador). The experiment was carried out in a randomized block design (RBD), in a 2 x 9 factorial scheme, with four replicates. The first factor consisted of the cultivars and the second factor for the following N supply managements: MC: Control without inoculation and without top-dressing N fertilization; MRhz: Control inoculated with R. tropici and without top-dressing N fertilization; MRhz+Chl: Rhizobium tropici inoculation + 30 kg ha-1 of N when the N sufficiency index (NSI) determined using the portable chlorophyll meter is less than 90%; MRhz+Chl+Azo: Rhizobium tropici inoculation + 30 kg ha-1 of N when NSI < 90% + foliar application of Azospirillum brasilense (V4); MChl: 30 kg ha-1 of N when NSI < 90%; M45: 45 kg ha-1 of N in V4; M90: 90 kg ha-1 of N in V4; M135: 135 kg ha-1 of N in V4; MRef: 90 kg ha-1 of N in V3 + 90 kg ha-1 of N in V4. The chlorophyll index was monitored, and leaf N levels were evaluated throughout the cycle, shoot dry matter determination, yield components, yield and qualitative a... (Complete abstract click electronic access below) / Mestre

The average Brazilian soybean yield increased considerably from the beginning of the green revolution to the present day. Among the factors that contributed to the yield increase are the new technologies and agricultural practices, as well as the genetic gain provided by plant breeding. While soybean yield increased through breeding efforts, morphophysiological changes in Brazilian cultivars that contributed to yield increase are largely unknown. The objective of this study was to understand how morphophysiological changes increased yield in soybean cultivars grown in the last 50 years in Southern Brazil. The study was divided into three chapters: the first chapter refers to the experiment conducted in the field to evaluate yield and its components in 26 cultivars; the second chapter refers to the experiment conducted in pots to evaluate the roots of 25 cultivars; and the third chapter refers to two experiments in which attributes of energy conversion efficiency, foliar aging and plant response to elevated CO2 in the atmosphere were evaluated in 5 cultivars. The results showed that the yield increase was consistent throughout the years of cultivar release and the rate of increase was 46 kg ha-1 year-1. Among the yield components contributing to this increase we include the increase of biomass per area and harvest index, which therefore provide more seeds per area, due to a greater number of pods and seeds per pod. The lodging resistance improved during the year of cultivar release. For further increases in soybean yield, potential targets in future cultivars are increasing leaf nitrogen content at the R5 growth stage and the biological nitrogen fixation. Mean root diameter was reduced throughout the years of cultivar release, while the attributes total length, volume, projected area and root length were not consistently modified. The evaluated soybean cultivars presented consistent changes under elevated CO2 atmosphere [720 ppm]: the leaf chlorophyll content was reduced, the specific leaf area reduced, and the stem biomass partition increased. The old leaves presented less assimilation, less stomatal conductance, and lower leaf temperature in relation to the new leaves. However, they presented higher concentration of intercellular CO2, higher specific leaf area and chlorophyll content. The results obtained in this study will certainly contribute to strategies in breeding programs in the development of soybean cultivars that are more productive in the future. The results obtained identified morphophysiological changes in a selection of soybean cultivars grown in Southern Brazil. / A produtividade média brasileira de soja aumentou consideravelmente desde o início da revolução verde até a época atual. Entre os fatores que contribuíram no aumento da produtividade, estão as novas tecnologias e práticas agrícolas, bem como o ganho genético propiciado pelo melhoramento vegetal. Enquanto a produtividade de soja aumentou através dos esforços do melhoramento, as modificações morfofisiológicas ocorridas nos cultivares brasileiros que contribuíram para o aumento da produtividade são amplamente desconhecidas. Neste estudo objetivou-se compreender como as mudanças morfofisiológicas aumentaram a produtividade em cultivares de soja cultivadas nos últimos 50 anos no sul do Brasil. O estudo foi dividido em três capítulos: o primeiro capítulo refere-se ao experimento conduzido a campo para avaliar produtividade e seus componentes em 26 cultivares; o segundo capítulo refere-se ao experimento conduzido em vasos para avaliar as raízes de 25 cultivares; e o terceiro capítulo refere-se a dois experimentos em que avaliou-se atributos de eficiência de conversão de energia, envelhecimento foliar e resposta das plantas a elevação do CO2 atmosférico em 5 cultivares. Os resultados obtidos demonstram que o aumento da produtividade foi consistente ao longo do ano de lançamento dos cultivares e a taxa de aumento foi de 46 kg ha-1 ano-1. Entre os componentes de produtividade que contribuem para este aumento destacam-se o aumento da biomassa por área e do índice de colheita que, por consequência, propiciam maior número de sementes por área, em decorrência de um maior número de vagens e sementes por vagem. A resistência ao acamamento melhorou ao longo do ano de lançamento dos cultivares. Para aumentos futuros na produtividade, alvos potenciais para serem buscados nos cultivares futuros são maior teor de nitrogênio foliar no estádio R5 e maior fixação biológica de nitrogênio. O diâmetro médio de raízes reduziu ao longo do ano de lançamento de cultivares, enquanto os atributos comprimento, volume, área projetada e comprimento total da raiz principal não foram modificados de modo consistente. Os cultivares de soja avaliados apresentam mudanças consistentes sob atmosfera de CO2 elevado [720 ppm]: o teor de clorofila nas folhas reduziu, a área foliar específica reduziu e a partição de biomassa para haste aumentou. As folhas velhas apresentaram menor assimilação, menor condutância estomática, e menor temperatura foliar em relação as folhas novas. Entretanto elas apresentaram maior concentração de CO2 intercelular, maior área foliar específica e maior teor de clorofila. Os resultados obtidos neste estudo contribuem para estratégias em programas de melhoramento no desenvolvimento de cultivares de soja mais produtivas para o futuro. Os resultados obtidos identificaram mudanças morfofisiológicas ocorridas em uma seleção de cultivares de soja cultivadas na região sul do Brasil.

A família Fabaceae abundante nos trópicos, desperta grande interesse para o uso em recuperação de áreas degradas, já que em sua maioria, são lenhosas e perenes, se adaptam aos mais diversos ecossistemas brasileiros e são capazes de fazer associações simbiônticas com bactérias pertencentes ao gênero Rhizobium, que fixam nitrogênio atmosférico fornecendo-o para a planta em uma forma reativa. Dentro deste contexto, o presente estudo avaliou em um experimento em casa de vegetação como a fixação biológica de nitrogênio em três espécies pertencentes a família Fabaceae variou em função da adição de nitrogênio mineral em diferentes doses e através de tratamentos incluindo-se a inoculação com bactérias do gênero Rhizobium e fungos micorrízicos arbusculares (FMAs). Os resultados obtidos através da atividade da redução de acetileno indicaram que os nódulos se encontravam ativos no último mês de experimento nas três espécies fixadoras de N2. Houve uma grande variação na porcentagem de N na planta proveniente da fixação (NPPfix). Quando as plantas cresceram em meio onde a disponibilidade de N era baixa, sem a aplicação deste nutriente no solo, a FBN foi favorecida, variando de 34 a 84%. Pelo contrário, foi possível observar que a fixação foi inibida em vasos onde a adição de nitrogênio foi elevada. Devido ao uso do solo não esterilizado, os inoculantes aplicados (bactérias e fungos) parecem ter competido com a microbiota nativa do solo, assim sendo, diferenças entre os tratamentos inoculados e o controle (sem inoculação) não foram encontradas neste estudo / Legumes (Fabaceae) are abundant in the tropics and considered as of great interest as restorer of degraded areas, since most of them are woody and perennials, adapted to several Brazilian ecosystems and able to make associations with bacteria belonging to Rhizobium genus, which fix atmospheric nitrogen, and giving it to the plants in a reactive form. In this context, this study evaluated in a greenhouse experiment how nitrogen biological fixation (FBN) varied in three species of Fabaceae family according to the N-mineral addition in different doses and according to treatments including inoculation with bacteria of Rhizobium genus and arbuscular mycorrhizal fungi (AMF). The results obtained from the acetylene reduction activity indicate that the nodules were active in the last month of experiment in the three N2-fixing species. There was a wide variation in the plant N percentage derived from fixation (NPPfix). When plants grew in a soil where N availability was low, without application of this nutrient in the soil, the BNF was favored, ranging the NPPfix from 34 to 84%. On the contrary, it was possible to observe that FBN was inhibited in the pots where N additions were higher. Due to the use of unsterilized soil, the applied inoculants (bacteria and fungi) appear to have competed with the native soil microbiota, thus differences between inoculated and control (without inoculation) could not be established in this study

A filosfera da Mata Atlântica é um importante nicho de colonização por micro-organismos, cuja comunidade ainda é pouco conhecida. Algumas bactérias associadas à superfície das folhas possuem habilidade de fixar nitrogênio, mineralizar substratos orgânicos e também suprir as árvores com dióxido de carbono e fatores de crescimento. Este trabalho teve como objetivo gerar informações sobre a comunidade cianobacteriana que coloniza a filosfera de algumas plantas da Mata Atlântica e investigar a comunidade diazotrófica presente nesse habitat. Um total de 40 linhagens de cianobactérias da filosfera de Merostachys neesii (bambu), Euterpe edulis (palmeira Juçara), Guapira opposita e Garcinia gardneriana foram isoladas e cultivadas. Os isolados foram caracterizados por análises morfológicas e filogenia do gene 16S RNAr. Essa abordagem permitiu a identificação de uma linhagem do gênero Nostoc, sete Desmonostoc, seis Leptolyngbya, uma Oculatella, cinco Brasilonema, uma Pleurocapsa e duas Chroococcidiopsis. Dezessete linhagens (uma Microchaetaceae, dez Nostocaceae e seis Pseudanabaenaceae) não puderam ser identificadas ao nível de gênero. Vinte e seis linhagens (24 pertencentes às ordens Nostocales e duas à Pseudanabaenales) foram caracterizadas como diazotróficas pela amplificação, sequenciamento e filogenia do gene nifH. Além disso, caracterizou-se o perfil de fixação biológica de nitrogênio da linhagem Desmonostoc sp. CENA362. Com relação ao potencial biotecnológico dessas linhagens, treze isolados foram identificados como potenciais produtores de ácido indol acético (IAA) de acordo com o teste Salkowski. Diversas linhagens apresentaram genes associados à via biossintética do inibidor de protease microviridina, sendo que três delas codificam para novas variantes. Além disso, dez linhagens foram identificadas como potenciais produtoras aeruginosina, três de cianopeptolina e três de microcistina. A comunidade bacteriana diazotrófica avaliada por pirosequenciamento do gene nifH apresentou um perfil de variação espécie-específica para Proteobacteria e uma correlação positiva entre a riqueza e a fixação biológica de nitrogênio. Neste estudo, cianobactérias que habitam a filosfera da Mata Atlântica foram isoladas estão sendo mantidas em condições de cultivo. Novos táxons foram descobertos e vários gêneros conhecidos foram descritos pela primeira vez neste hábitat, o que contribuiu para o aprimoramento da sistemática de Cyanobacteria. As linhagens em cultivo e as informações geradas sobre os seus compostos metabólitos representam uma valiosa fonte para estudos posteriores. Além disso, informações sobre a comunidade bacteriana diazotrófica da filosfera pode auxiliar no entendimento da dinâmica do nitrogênio, elemento limitante e pouco disponível na Mata Atlântica / The phyllosphere of the Atlantic Forest is an important niche for colonization by microorganisms, whose community is still little known. Some bacteria associated with leaf surfaces may possess the ability to fix nitrogen, mineralize the organic substrates and also supply the trees with carbon dioxide and growth factors. Therefore, this study aimed to generate information about cyanobacterial community that colonize the phyllosphere of some plants of the Atlantic Forest and investigated the diazotrophic community in this habitat. A total of 40 strains of Cyanobacteria from the phyllosphere of Merostachys neesii (bamboo), Euterpe edulis (Juçara palm), Garcinia gardneriana and Guapira opposita was isolated and cultivated. The isolates were characterized by morphological analyses and phylogeny of the 16S rRNA gene. This approach allowed the identification of one strain of the genus Nostoc, seven Desmonostoc, six Leptolyngbya, one Oculatella, five Brasilonema, one Pleurocapsa and two Chroococcidiopsis. Seventeen strains (one Microchaetaceae, ten Nostocaceae and six Pseudanabaenaceae) could not be identified at the genus level. Twenty-six strains (24 belonging to Nostocales and two belonging to Pseudanabaenales) were characterized as diazotrophic by amplification, sequencing and phylogeny of nifH gene. Also, it was characterized the profile of biological nitrogen fixation for the strain Desmonostoc sp. CENA362. Regarding the biotechnological potential of these strains, thirteen strains were identified as potential producers of indole acetic acid (IAA) according to Salkowski test. Several strains presented genes involved in the biosynthetic pathway of the protease inhibitor microviridin, three of them encoding putative novel variants. Moreover, ten strains were identified as potential producers of aeruginosin, three of cyanopeptolin and three of microcystin. The diazotrophic bacterial community evaluated by pyrosequencing of the nifH gene showed a profile of variation plant species-specific for Proteobacteria, and a positive correlation between richness and biological nitrogen fixation. In this study, cyanobacteria that inhabiting Brazilian Atlantic Forest phyllosphere were isolated and are been maintained in culture conditions. New taxa were discovered and several known genera were described for the first time in this habitat, which contributed to improvement of the cyanobacterial systematic. The culturable strains and the information generated about their metabolites compounds represent a valuable source for further studies. In addition, information about the diazotrophic bacterial community inhabiting the phyllosphere may help in understanding the dynamics of nitrogen, a limiting and low available element in Atlantic Forest

O presente trabalho estudou as relações entre as taxas de fixação biológica de nitrogênio (FBN), a composição e a diversidade da comunidade de bactérias diazotróficas de vida livre em três compartimentos: solo sob a copa, filosfera e dermosfera de diferentes espécies arbóreas, sendo que dermosfera foi avaliada em apenas duas espécies. As plantas escolhidas foram Euterpe edulis (Palmito juçara) Guapira opposita (Louro-branco) e Merostachys neesii (Bambu) presentes na Floresta Ombrófila Densa (FOD) de terras baixas e montanas do Parque Estadual da Serra do Mar, no Estado de São Paulo Brasil. As taxas de FBN foram estimadas pela técnica de redução de acetileno (ARA) através da relação teórica 3:1, baseada na redução de três moles de acetileno para cada mol de N fixado, e a composição da comunidade bacteriana foi acessada pelo sequenciamento parcial do gene rRNA 16S usando pirossequenciador. Foram encontradas diferenças nas estimativas das taxas de FBN que variaram entre as espécies arbóreas e principalmente entre os substratos. Os testes de comparação de médias indicaram que, nas árvores amostradas, as taxas de FBN aumentaram na ordem: solo sob a projeção da copa, filosfera e dermosfera. A maior FBN foi observada na dermosfera de E. edulis, no PESM-Santa Virginia, durante o verão (630,12±27,28 ng N cm-2 h-1) e a menor FBN no solo de G. opposita PESM-Santa Virginia, também no verão (0,49±0,17 ng N cm-2 h-1). A FBN da serapilheira e do solo não associado com as espécies arbóreas apresentou grande variabilidade espacial nas duas áreas amostradas, mas não apresentou variações sazonais. O pirosequenciamento do gene rRNA 16S mostrou que solo sob a copa, filosfera e dermosfera das espécies arbóreas avaliadas possuem comunidades bacterianas distintas, além destas serem também influenciadas pelo local de amostragem. A comunidade epifítica da dermosfera também foi influenciada pela espécie arbórea. Foram obtidas 423210 sequências que foram agrupadas em 35216 unidades taxonômicas operacionais (UTOs), distribuídas em 32 filos, dentre os quais o mais abundante foi o filo Proteobacteria (36,6%). Dos possíveis diazotróficos observados, o filo Proteobacteria foi dominante nos três compartimentos avaliados, com predomínio da classe Alphaproteobacteria, principalmente na filosfera de M. neesii. A presença de cianobactérias foi maior na dermosfera, e Firmicutes no solo sob a projeção da copa, sugerindo que a comunidade bacteriana é altamente diversificada e tende variar espacialmente. / In this study we estimate the relationship between biological nitrogen fixation (BNF) rates and composition and diversity of free-living diazotrophic bacteria in phyllosphere and soil under the canopy of tree species, Euterpe edulis (Juçara palmito), Guapira opposita (\"Louro-branco\"),and Merostachys neesii (Bamboo) in lowland and montane dense ombrophilous forests (DOFs) at the Serra do Mar State Park, Brazil; bark was also evaluated in the first two tree species. BNF rates were estimated by acetylene reduction activity (ARA) using the 3:1 theoretical ratio, based on the reduction of three acetylene moles per each N mole fixed. Bacterial community composition was evaluated by partial 16S rRNA gene sequencing with a pyrosequencer. Analysis of variance showed highly significant estimated for BNF rates, which widely varied between tree species and especially between substrates. Mean comparison tests indicated that higher BNF rates followed the following order: soil under projected canopy, phyllosphere, and bark, respectively. The highest BNF rate was observed in E. edulis bark(630.12±27.28 ng N cm-2 h-1) and the lowest BNF rate in soil under G. opposita canopy (0.49±0.17 ng N cm-2 h-1), both at the PESMSanta Virginia site in the summer. The BNF in leaf litter and soil unassociated with tree species exhibited high spatial variability in two sampling sites, but this does not indicate a temporal trend in higher BNF rates between winter and summer. Pyrosequencing of the rRNA 16S gene showed that each component of the tree species evaluated harbors a distinct bacterial community. In bark, phyllosphere, and soil the under projected canopy of trees sampled, the results demonstrated influence by sampling site. We also observed that there was influence of tree species on the epiphytic community in bark. The 423, 210sequences obtained were grouped into35,216 operational taxonomic units (OTUs), distributed among 32 phyla, with highest abundance of Proteobacteria (36.6%). Between the possible diazotrophs observed, Proteobacteria was dominant among the three components evaluated, with predominance of the class Alphaproteobacteria, especially in M. neesii phyllosphere. The presence of cyanobacteria was higher in bark and Firmicutes in soil under projected canopy of the trees sampled, suggesting that the bacterial community is highly diverse and tends to spatially vary.

A Mata Atlântica é um importante bioma da costa brasileira, apresenta grande diversidade de plantas e animais, porém, pouco se sabe sobre a diversidade microbiana. Da mesma forma, pouco se sabe sobre o papel funcional desses microrganismos. Vários microrganismos estão envolvidos na ciclagem do nitrogênio na Mata Atlântica, e dentre eles os diazotróficos são de particular interesse, pois contribuem para o aporte direto de nitrogênio nos ecossistemas. O objetivo deste trabalho foi avaliar a diversidade de bactérias diazotróficas que nodulam leguminosas em duas parcelas permanentes do Parque Estadual da Serra do Mar em diferentes altitudes. Nódulos de raízes foram coletados nas quatro estações do ano. As bactérias foram isoladas do interior dos nódulos, resultando em 105 isolados. A análise de diversidade genética destas bactérias foi feita utilizando-se BOX-PCR e sequenciamento parcial do gene 16S rRNA. A capacidade de nodulação dos isolados foi determinada através da formação de nódulos em caupi (Vignia unguiculata). Os resultados indicaram que há uma diferença na distribuição espacial e temporal dos nódulos nas áreas estudadas. A maior quantidade de nódulos foi encontrada na parcela de Picinguaba, em estações com menores índices pluviométricos. Os isolados apresentaram uma grande diversidade fenotípica, sendo separados em 6 grupos com características culturais semelhantes. Os perfis de BOX-PCR formaram 8 grupos genotípicos com mais de 80% de similaridade, agrupando tanto isolados de Picinguaba quanto de Santa Virgínia. Os perfis dos géis do BOX-PCR apresentaram variação no número e mobilidade das bandas. Os dados foram transformados em uma matriz binária de presença e ausência que possibilitou a análise de agrupamento hierárquicos com 8 grupos genotípicos com mais de 80% de similaridade, agrupando tanto isolados de Picinguaba quanto de Santa Virgínia. Através do sequenciamento parcial de fragmentos de gene rRNA 16S verificou-se que a estrutura das comunidades diazotróficas de Picinguaba e Santa Virgínia não apresentaram diferença estatisticamente significativa, indicando que não há seleção de populações bacterianas especificas nas áreas.Dos isolados testados, 88% apresentaram capacidade de nodular caupi, porém alguns não foram eficientes em promover o crescimento das plantas. Nas duas áreas predominou UTOs filogeneticamente associados ao gênero Paenibacillus nos nódulos, sugerindo que essas bactérias são importantes para nodulação de leguminosas na Mata Atlântica. / The Atlantic Rainforest is a major biome of the Brazilian coast, which harbors great diversity of flora and fauna, but little is known about its microbial diversity. Furthermore, little is known about the functional role of these abundant microorganisms. Several microorganisms are involved in cycling of the Atlantic Rainforests nitrogen, among them the diazotrophs which are of particular interest because they contribute to the direct input of nitrogen to ecosystems. The aim of this study was to evaluate the diversity of legumes nodulating diazotrophs in two permanent plots of the Serra do Mar State Park at different altitudes. Root nodules were collected throughout the four seasons. The bacteria were isolated from inside of the nodules, resulting in 105 isolates. The analysis of genetic diversity was performed using BOX-PCR and rRNA 16S sequencing. The nodulation capacity of the isolates was determined by the nodule formation in cowpea (Vigna unguiculata). The results indicated that there are spatial and temporal differences distribution in the areas studied. The largest number of nodules was found in the Picinguaba plot during seasons of low rainfall. The isolates showed a wide phenotypic diversity, hence divided into six groups with similar cultural characteristics. The BOX-PCR profiles formed eight genotypic groups with more than 80% similarity, when comparing the isolates from Picinguaba those from Santa Virginia. The BOX-PCR gel profiles showed variation in number and mobility of bands. The data was transformed into a binary matrix of presence and absence that allowed the hierarchical cluster analysis of eight genotypic groups with more than 80% similarity, again comparing both isolates Picinguaba and Santa Virginia. Through partial sequencing of 16S rRNA gene fragments no statistically significant difference was found between the diazotrophs community structures of Picinguaba the and that of Santa Virginia , indicating no selection for specific bacterial populations in these areas. In both isolates tested, 88% showed cowpea nodulating capacity, but some were not effective in promoting plant growth. In both areas OTUs phylogenetically associated with nodule of genus Paenibacillus predominated, suggesting that these bacteria are important for legume nodulation in the Atlantic Rainforest.

Made available in DSpace on 2017-07-21T14:19:29Z (GMT). No. of bitstreams: 1 BARBARA S F.pdf: 4456843 bytes, checksum: 3391dc9c3b4a16b452d346cd9b46e209 (MD5) Previous issue date: 2016-09-09 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / The organic soils from High-Elevation Grasslands of the Parana State are characterized by being large water tanks which fix carbon, have low pH and are poor in nutrients. Though are essential to the Atlantic Forest, there is little information on the microorganisms involved in its maintenance. In this work, microbiological data of organic soils in three different regions, during the dry and rainy seasons were analyzed. Using bioinformatics and statistic tools, nifH gene pirosequences were analyzed to determine the structure of diazotrophic communities and to identify the environmental factors that affect their diversity. The sequences of the nifH gene showed the prevalence of Proteobacteria (35.25%) followed by Spirochaetes (1.27%), Firmicutes (0.80%), Cyanobacteria (0.76%), Chlorobi (0.41%) Actinobacteria (0.10%) and Bacteriodetes (0.04%). Bradyrhizobium was the most abundant genus in the six libraries analyzed, presenting a positive correlation with the increase in the soil pH. Most of nifH gene OTUs showed to be cosmopolitan and the endemism was related to rare species. The OTUs classified as Proteobacteria, Calothrix, Spirochaeta, Halorhodospira, Rhizobiales, Alphaproteobacteria and Bradyrhizobium presented a significant correlation with the rainfall indexes. / Os solos orgânicos dos Campos de Altitude paranaense caracterizam-se por serem grandes reservatórios de água, fixarem carbono, terem baixo pH e serem pobres em nutrientes. Embora sejam essenciais para a Mata Atlântica, há pouca informação sobre os microrganismos envolvidos na sua manutenção. Nesse trabalho, foram analisados dados microbiológicos de solos orgânicos de três regiões distintas, durante as estações de seca e chuva. Utilizando ferramentas de bioinformática e estatística foram analisadas pirossequencias do gene nifH para determinar a estrutura das comunidades diazotróficas e para identificar os fatores ambientais que afetam a sua diversidade. As sequências do gene nifH mostraram a prevalência de Proteobactéria (35,25%) seguida por Spirochaetes (1,27%), Firmicutes (0,80%), Cyanobacteria (0,76%), Chlorobi (0,41%), Actinobacteria (0,10%) e Bacteriodetes (0,04%). Bradyrhizobium foi o gênero mais abundante nas seis bibliotecas analisadas, apresentando correlação positiva com o aumento do pH dos solos. A maioria das OTU do gene nifH foram cosmopolitas e o endemismo está relacionado às espécies raras. As OTU classificadas como Proteobacteria, Calothrix, Spirochaeta, Halorhodospira, Rhizobiales, Alfaproteobacteria e Bradyrhizobium apresentaram significativa correlação com os índices pluviométricos.

A Mata Atlântica é um importante bioma da costa brasileira, apresenta grande diversidade de plantas e animais, porém, pouco se sabe sobre a diversidade microbiana. Da mesma forma, pouco se sabe sobre o papel funcional desses microrganismos. Vários microrganismos estão envolvidos na ciclagem do nitrogênio na Mata Atlântica, e dentre eles os diazotróficos são de particular interesse, pois contribuem para o aporte direto de nitrogênio nos ecossistemas. O objetivo deste trabalho foi avaliar a diversidade de bactérias diazotróficas que nodulam leguminosas em duas parcelas permanentes do Parque Estadual da Serra do Mar em diferentes altitudes. Nódulos de raízes foram coletados nas quatro estações do ano. As bactérias foram isoladas do interior dos nódulos, resultando em 105 isolados. A análise de diversidade genética destas bactérias foi feita utilizando-se BOX-PCR e sequenciamento parcial do gene 16S rRNA. A capacidade de nodulação dos isolados foi determinada através da formação de nódulos em caupi (Vignia unguiculata). Os resultados indicaram que há uma diferença na distribuição espacial e temporal dos nódulos nas áreas estudadas. A maior quantidade de nódulos foi encontrada na parcela de Picinguaba, em estações com menores índices pluviométricos. Os isolados apresentaram uma grande diversidade fenotípica, sendo separados em 6 grupos com características culturais semelhantes. Os perfis de BOX-PCR formaram 8 grupos genotípicos com mais de 80% de similaridade, agrupando tanto isolados de Picinguaba quanto de Santa Virgínia. Os perfis dos géis do BOX-PCR apresentaram variação no número e mobilidade das bandas. Os dados foram transformados em uma matriz binária de presença e ausência que possibilitou a análise de agrupamento hierárquicos com 8 grupos genotípicos com mais de 80% de similaridade, agrupando tanto isolados de Picinguaba quanto de Santa Virgínia. Através do sequenciamento parcial de fragmentos de gene rRNA 16S verificou-se que a estrutura das comunidades diazotróficas de Picinguaba e Santa Virgínia não apresentaram diferença estatisticamente significativa, indicando que não há seleção de populações bacterianas especificas nas áreas.Dos isolados testados, 88% apresentaram capacidade de nodular caupi, porém alguns não foram eficientes em promover o crescimento das plantas. Nas duas áreas predominou UTOs filogeneticamente associados ao gênero Paenibacillus nos nódulos, sugerindo que essas bactérias são importantes para nodulação de leguminosas na Mata Atlântica. / The Atlantic Rainforest is a major biome of the Brazilian coast, which harbors great diversity of flora and fauna, but little is known about its microbial diversity. Furthermore, little is known about the functional role of these abundant microorganisms. Several microorganisms are involved in cycling of the Atlantic Rainforests nitrogen, among them the diazotrophs which are of particular interest because they contribute to the direct input of nitrogen to ecosystems. The aim of this study was to evaluate the diversity of legumes nodulating diazotrophs in two permanent plots of the Serra do Mar State Park at different altitudes. Root nodules were collected throughout the four seasons. The bacteria were isolated from inside of the nodules, resulting in 105 isolates. The analysis of genetic diversity was performed using BOX-PCR and rRNA 16S sequencing. The nodulation capacity of the isolates was determined by the nodule formation in cowpea (Vigna unguiculata). The results indicated that there are spatial and temporal differences distribution in the areas studied. The largest number of nodules was found in the Picinguaba plot during seasons of low rainfall. The isolates showed a wide phenotypic diversity, hence divided into six groups with similar cultural characteristics. The BOX-PCR profiles formed eight genotypic groups with more than 80% similarity, when comparing the isolates from Picinguaba those from Santa Virginia. The BOX-PCR gel profiles showed variation in number and mobility of bands. The data was transformed into a binary matrix of presence and absence that allowed the hierarchical cluster analysis of eight genotypic groups with more than 80% similarity, again comparing both isolates Picinguaba and Santa Virginia. Through partial sequencing of 16S rRNA gene fragments no statistically significant difference was found between the diazotrophs community structures of Picinguaba the and that of Santa Virginia , indicating no selection for specific bacterial populations in these areas. In both isolates tested, 88% showed cowpea nodulating capacity, but some were not effective in promoting plant growth. In both areas OTUs phylogenetically associated with nodule of genus Paenibacillus predominated, suggesting that these bacteria are important for legume nodulation in the Atlantic Rainforest.

É crescente o reconhecimento da importância de micro-organismos diazotróficos assimbióticos em florestas tropicais. Nos últimos anos, tem sido demostrado que suas contribuições para o ganho de nitrogênio em ecossistemas naturais podem ser até maiores do que as contribuições dos sistemas simbióticos. No entanto, a diversidade e os mecanismos que determinam a estruturação das comunidades de diazotróficos assimbióticos são pouco conhecidos. Para compreender melhor a diversidade e a estruturação de suas comunidades na Floresta Amazônica, os diazotróficos assimbióticos da filosfera, serapilheira e rizosfera de nove espécies arbóreas em três épocas distintas foram avaliados utilizando-se sequenciamento em larga escala dos genes rRNA 16S e nifH. Os resultados mostraram que cada micro-habitat seleciona comunidades diazotróficas distintas, as quais variam também com a época do ano. As comunidades de diazotróficos também mostraram ser dependentes dos táxons das árvores, com o maior efeito seletivo na filosfera. Para todas as condições estudadas, as comunidades diazotróficas apresentaram altos índices de diversidade e riqueza, com os maiores índices de Shannon e Chao1 na Serapilheira (9,57 e 5222, respectivamente), em relação a filosfera (7,4 e 3145, respectivamente) e a rizosfera (8,65 e 2868, respectivamente). A maior proporção de bactérias diazotróficas em relação a comunidade total de bactérias, com base na abundância de sequências do gene rRNA 16S, foi observada na filosfera (23%), em relação a serapilheira (20%) e rizosfera (18%). De uma maneira geral, essa proporção relativa não foi afetada pela época de amostragem, muito embora as estruturas das comunidades tenham variado, sugerindo existência de redundância funcional para FBN. Os três micro-habitats mostraram dominância do filo Proteobacteria, com frequências aproximadas a 81% na filosfera, 93% na rizosfera de 82% na serapilheira. O filo Cyanobacteria apresentou frequências relevantes na filosfera e serapilheira, com aproximadamente 17% e 5%, respectivamente. Firmicutes mostrou frequências, na serapilheira e rizosfera, de aproximadamente 12% e 5%, respectivamente. Estes resultados mostram que os micro-organismos diazotróficos assimbóticos associados com as árvores podem ter um importante papel na entrada do nitrogênio em florestas tropicais e que a estrutura de tais comunidades é determinada pelo seu micro-habitat, hospedeiro e época do ano. / There is increasing recognition of the importance of assimbiotic diazotrophic microorganisms in tropical forests. In recent years, it has been shown that their contributions to the nitrogen inputs can be even higher than the contributions of symbiotic systems in natural ecosystems. However, the diversity and the mechanisms driving the assembling of the communities of assimbiotic diazotrophs in tropical forests are poorly understood. To better understand the diversity and assembling of the diazothrophs communities in the Amazon forest, the assimbiotic diazotrophs in the phyllosphere, litter and rhizosphere from nine tree species in three distinct times of year were evaluated using large-scale sequencing of 16S rRNA and nifH genes. The results showed that each microhabitat selected distinct diazotrophic communities, which were also affected by the time of year. The structure of the communities of putative diazotrophs were also dependent on the tree taxa, with greater selection effect on the phyllosphere. For all conditions studied, the communities of putiative diazothrophs showed high diversity indexes and OTU richness, with the highest Shannon and Chao1 indexes detected for the litter (9.57 and 5222, respectively), as compared to phyllosphere (7.4 and 3145, respectively) and rhizosphere (8.65 and 2868, respectively). The highest proportion of diazotrophic bacteria in relation to the total bacteria, based on the abundance of sequences of 16S rRNA genes, was observed in the phyllosphere (23%), as compared to litter (20%) and rhizosphere (18%). Overall, the relative abundance of dizothrophic bacteria in the bacterial community was not affected by the sampling time, even though the community structures varied, suggesting the occurrence of functional redundancy for BNF. In the three microhabitats, dominance of the phylum Proteobacteria, with frequencies of approximately 81% in the phyllosphere, 93% in the rhizosphere and 82% in the litter, was observed. Cyanobacteria showed significantly higher frequencies in the phyllosphere and litter, approximately 17% and 5%, respectively, as compared to rhizosphere. Firmicutes also showed high frequencies in the litter and rhizosphere, approximately 12 % and 5%, respectively. These results showed that the assimbiotic putative diazotrophic microorganisms associated with trees may play an important role in the input of nitrogen in tropical forests and that the structure of their communities is determined by the microhabitat, host taxon and time of year.

O presente estudo teve como objetivo avaliar o efeito da inoculação com rizóbio no estabelecimento, crescimento inicial e em alguns aspectos da dinâmica de N em folhas de leguminosas (Fabaceae) arbóreas nativas plantadas por semeadura direta no campo, em área de mata ciliar no Estado de São Paulo. Foi avaliada a emergência de plântulas (% em relação ao número de sementes plantadas) até os 3 meses após a semeadura (MAS) e o crescimento em altura aos 13 MAS. O fracionamento isotópico do N foliar também foi avaliado, pelo método da abundância natural do 15N, além da concentração de N e a razão C/N foliar. Acacia polyphylla foi usada como planta-referência não-fixadora de N2. Em relação ao desenvolvimento inicial, houve grande variação entre as espécies estudadas. Acacia polyphylla e Enterolobium contortisiliquum apresentaram taxa de germinação mediana e rápido crescimento. Mimosa bimucronata e Parapiptadenia rigida tiveram crescimento relativamente rápido, porém baixo potencial germinativo. Erythrina speciosa e Poecilanthe parviflora, com crescimento lento, apresentaram germinação elevada no campo. As espécies fixadoras de N2 mostraram &#948;15 N médio de 2,7&#8240;, enquanto que a referência Acacia polyphylla se mostrou cerca de 4,0&#8240; mais enriquecida em 15N . Erythrina speciosa e Ormosia arborea apresentaram os menores valores de &#948;15N, enquanto que Parapiptadenia rigida, enriquecida em 15N, mostrou estar obtendo N exclusivamente do solo. Poecilanthe parviflora, Mimosa bimucronata e Enterolobium contortisiliquum apresentaram valores intermediários de &#948;15N, com grande variação entre os indivíduos amostrados. A concentração de N nos tecidos foliares variou entre 1,5% e 3,6%. De forma geral, esta variável não mostrou relação direta com o &#948;15N das plantas. A menor razão C/N foi observada em Enterolobium contortisiliquum e Erythrina speciosa, seguida por M. bimucronata. Nas condições experimentais locais, as plantas não responderam à inoculação com rizóbio em nenhum dos parâmetros avaliados (estabelecimento, crescimento inicial, &#948;15N, concentração de N e razão C/N). As espécies de crescimento mais lento e com alta incidência de herbivoria observados no campo (E. speciosa e O. arborea) foram também as que apresentaram &#948;15N na faixa considerada como de ocorrência da fixação biológica de nitrogênio. Os resultados indicam, para as outras espécies, maior aquisição de N proveniente do solo. / The aim of this work was to assess the effect of rhizobia inoculation on the establishment, early growth and some aspects of N dynamics in direct-seeded native legume (Fabaceae) trees in a riparian zone of São Paulo State, Southeastern Brazil. Seedling emergency (% of total planted seeds) was evaluated until three months after sowing (MAS), and the height of the trees were measured at 13 MAS. Isotopic N fractionation was also assessed by the 15N natural abundance method, as well as foliar N content and C/N ratio. Acacia polyphylla was used as a non-N2-fixing reference plant. Acacia polyphylla and Enterolobium contortisiliquum grew most rapidly, with moderate germination rate. Mimosa bimucronata and Parapiptadenia rigida were fast-growing but with low establishment rate. Erythrina speciosa and Poecilanthe parviflora showed low growing rate, but high germination potential. The N2-fixers showed an average foliar &#948;15N of 2,7&#8240;, while the reference-plant was 4,0&#8240; more <sup15>N enriched. Erythrina speciosa and Ormosia arborea showed the lowest &#948;15N values. The high &#948;15N of Parapiptadenia rigida probably indicated that it is obtaining N exclusively from the soil. Poecilanthe parviflora, Mimosa bimucronata and Enterolobium contortisiliquum showed intermediate &#948;15N values, with strong variations among the sampled individuals. Foliar N concentrations varied from 1,5% to 3,6%. In general, N concentrations were not correlated with foliar &#948;15N . The lowest C/N ratio was observed on E. contortisiliquum and E. speciosa , followed by M. bimucronata. In this field trial conditions, rhizobia inoculation did not show differences in all surveyed parameters (establishment, early growth, foliar &#948;15N, total N content and C/N ratio of trees). The slow-growing species, E. speciosa and O. arborea , that also had a high herbivore attack observed in the field, showed foliar &#948;15N in the biological N2 fixation range. The results suggested, for the other species, a larger soil N acquisition.