As espécies forrageiras alfafa e cornichão são importantes plantas utilizadas durante o período hibernal nas pastagens do Rio Grande do Sul, reunindo características desejadas, como alto valor nutritivo, elevada produção de forragem, boa aceitabilidade e digestibilidade. No entanto, no Brasil, existe uma carência de trabalhos que visem à seleção e caracterização de estirpes de rizóbio em alfafa e cornichão que sejam mais competitivas e tenham alta capacidade de nodulação e fixação de nitrogênio. Desta forma, o objetivo deste trabalho foi selecionar rizóbios eficientes na fixação biológica de nitrogênio em simbiose a Lotus corniculatus e Medicago sativa. Especificamente, os objetivos são: (a) isolar e caracterizar genética e fenotipicamente rizóbios isolados de alfafa e cornichão; (b) avaliar a produção de ácido indol-acético e sua influência na germinação de sementes de arroz; (c) selecionar rizóbios mais eficientes em alfafa; (d) selecionar a campo rizóbios para cornichão; (e) avaliar o efeito do nitrogênio na simbiose de rizóbio e alfafa. Foram realizados experimentos, em casa de vegetação, em laboratório e a campo, com plantas de L. corniculatus e M. sativa. Os rizóbios isolados de alfafa foram identificados como pertencentes às espécies de Sinorhizobium meliloti e Rhizobium sp. Alguns isolados de alfafa foram capazes de produzir ácido indol-acético e estimular o crescimento de sementes de arroz. Os isolados UFRGS Ms98, Ms63, Ms208 e Ms204 apresentaram índice de eficiência relativa da fixação de nitrogênio superiores aos das estirpes recomendadas para inoculação de M. sativa, indicando um bom potencial destes isolados para estudos a campo. O isolado de rizóbio nativo UFRGS Lc322 e a estirpe U510 foram mais eficientes na fixação biológica de nitrogênio, em condições de campo, do que a estirpe SEMIA 816, recomendada para cornichão no país. O aumento da dose de nitrogênio afetou a interação entre rizóbios e alfafa, no entanto foi possível selecionar o isolado UFRGS Ms208 como mais tolerante ao nitrogênio mineral. / Alfalfa and birdsfoot forages are important plants used during the pastures’ hibernal period of Rio Grande do Sul, gathering desired traits such as high nutritional value, high forage production, good acceptability and digestibility. However, in Brazil, there is a lack of studies aiming the selection and characterization of Rhizobium strains in alfalfa and birdsfoot that are more competitive and have high capacity for nodulation and nitrogen fixation. Thus, the objective of this study was to select Rhizobia efficient in biological nitrogen fixation in symbiosis with Lotus corniculatus and Medicago sativa. Specifically, the objectives were: (a) to isolate and characterize genetically and phenotypically Rhizobia from alfalfa and birdsfoot; (b) to evaluate the production of indole acetic acid and its influence on germination of rice seeds; (c) to select the most efficient Rhizobia in alfalfa; (d) to select Rhizobia for birdsfoot in field; (e) to evaluate the effect of nitrogen in the symbiosis of Rhizobium and alfalfa. Experiments were performed, in a greenhouse, in laboratory and in field conditions, with L. corniculatus and M. sativa. The Rhizobia isolated from alfalfa were identified as belonging to the species of Sinorhizobium meliloti and Rhizobium sp. Some strains of alfalfa were able to produce indole acetic acid and stimulate the growth of rice seeds. The isolates UFRGS Ms98, Ms63, Ms208 and Ms204 showed efficiency index for nitrogen fixation higher than the strains recommended for inoculation of M. sativa, indicating a good potential of these isolates for field studies. The isolated of the native Rhizobium UFRGS Lc322 and the strain U510 were more efficient in nitrogen fixation in field conditions than SEMIA 816 strain, recommended for birdsfoot in the country. The increasing in the nitrogen dose affected the interaction between Rhizobia and alfalfa, but it was possible to select UFRGS Ms208 isolate as the most tolerant to mineral nitrogen.

Bacilos são bactérias aeróbias ou anaeróbias facultativas, Gram positivas ou Gram variáveis, produtoras de endósporos, que lhes conferem resistência ao estresse ambiental. Os gêneros Bacillus e Paenibacillus são os que possuem as espécies reconhecidamente fixadoras de nitrogênio. Outra característica dos bacilos é o grande potencial em produzir substâncias capazes de promover o crescimento vegetal, como hormônios, sideróforos, antibióticos e a capacidade de solubilização de fosfatos. Enquanto múltiplas espécies de bacilos podem ser detectadas nos solos e na rizosfera de várias plantas, muito pouco tem sido feito para estimar a sua diversidade e para indicar quais são as espécies mais comumente isoladas. Dois estudos semelhantes foram conduzidos nesse trabalho, com os seguintes objetivos: i) isolar as espécies de bacilos fixadores de nitrogênio predominantes em diferentes regiões orizícolas e tritícolas do Estado do Rio Grande do Sul, ii) estimar a sua diversidade; e iii) avaliar suas atividades como bactérias promotoras de crescimento de plantas, para utilização como futuros inoculantes. Das espécies que foram identificadas, através do seqüenciamento parcial do gene do RNA ribossomal 16S, as mais comuns foram P. borealis e P. graminis. Para a grande maioria das bactérias isoladas não foi possível a identificação em nível de espécie. Há uma alta probabilidade de que tais bactérias constituam espécies ainda não descritas, mas filogeneticamente muito próximas a P. borealis e P. graminis. Dentre os isolados da rizosfera de arroz e trigo, dois foram descritos como novas espécies neste trabalho: Bacillus oryzae e Paenibacillus riograndensis. Uma característica marcante entre os isolados da rizosfera foi a capacidade destes de produzir grandes quantidades de ácido indol-acético. Poucos isolados, tanto do solo quanto da rizosfera, produziram sideróforos e solubilizaram fosfato. As linhagens selecionadas para experimentos in vivo em casa de vegetação provaram ser muito eficientes na promoção do crescimento de suas plantas hospedeiras. Tais linhagens poderão ser usadas na formulação de novos inoculantes, melhorando o sistema de cultivo em que eles venham a ser aplicados. A identificação e o isolamento de bacilos de solos temperados e subtropicais, que combinem a habilidade de fixar nitrogênio com a produção de substâncias capazes de promover o crescimento vegetal, poderá aumentar significativamente a produtividade das lavouras graníferas no Brasil e no Estado do Rio Grande do Sul, em especial. / Bacilli are aerobic or facultatively anaerobic, Gram positive or variable, endospore-forming bacteria that exhibit resistance to environmental stress. Bacillus and Paenibacillus genera include the best knowing nitrogen-fixing species. Another bacilli characteristic is their great potential in producing substances that promote plant growth by the production of hormones, siderophores and phosphate solubilization. While multiple species of bacilli can be detected in the soils and rhizosphere, scarce research has been carried out to estimate their diversity and indicate the most commonly isolated species. In this work, two similar studies have been conducted with the objectives of: i) isolate the predominant nitrogen-fixing bacilli species from different rice and wheat crops of Rio Grande do Sul State, ii) estimate their diversity, and iii) evaluate their plant growth promoting (PGP) activities in order to use them further as inoculant strains. Among the species that have been identified through partial 16S rRNA gene sequence analysis, P. borealis and P. graminis were the most common species in both locations, soil and rhizosphere. It was not possible to identify the vast majority of isolates at the level of species. There is a high probability that these bacteria constitute species not yet described, but phylogenetically very closely related to P. borealis and P. graminis. Two isolates from rice and wheat rhizospheres were described as new species: Bacillus oryzae and Paenibacillus riograndensis. A remarkable characteristic among isolates of the rhizosphere was their ability to produce high amounts of indole-acetic acid. Few isolates, both from bulk soil and rhizosphere, produced siderophores and/or solubilized phosphates. The strains selected for in vivo experiments in a greenhouse proved to be very effective in promoting the growth of their host plants. Such strains can be used in the formulation of new inoculants, improving the cropping system in which they will be applied. The identification and the isolation of PGP bacilli from temperate and subtropical soils, which combine the ability to fix nitrogen with the production of substances capable of promoting plant growth, could also significantly increase the productivity of grain crops in Brazil and Rio Grande do Sul State in special.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Recursos Genéticos Vegetais, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2014-08-06T17:58:12Z (GMT). No. of bitstreams: 1 326987.pdf: 2902981 bytes, checksum: 8382373a82310d299344bd119b5caaa5 (MD5) Previous issue date: 2014 / O nitrogênio é um nutriente essencial no crescimento e desenvolvimento das plantas. A habilidade da planta em suprir a necessidade de nitrogênio necessária pode vir da fixação biológica de nitrogênio (FBN), através de interações com bactérias diazotróficas associativas. Azospirillum brasilense, que coloniza a rizosfera, e Herbaspirillum seropedicae, capaz de colonizar tecidos internos, são exemplos de bactérias benéficas que se associam com raízes de gramíneas de importância agrícola e econômica. O processo de interação planta-bactéria envolve diversos processos que ainda não estão totalmente elucidados. No presente trabalho foram avaliados parâmetros de crescimento e a regulação transcricional de 10 genes em plântulas de milho (Zea mays) inoculadas com H. seropedicae SmR1 1, 4, 7 e 10 dias após inoculação (DAI). Foi observado um aumento no número de raízes laterais das plantas com 7 e 10 DAI. Aumento significativo, foi observado na quantificação de transcritos dos genes Zmko1 e ZmrbohC em raízes das plantas inoculadas com H.seropedicae aos 4 DAI. Deste modo concluímos que Herbaspirillum seropedicae SmR1 presente nas raízes de milho pode alterar a expressão do gene Zmko1 que esta envolvido na biossíntese de giberelina bem como do gene ZmrbohC envolvido na resposta de burst oxidativo, no inicio da interação. Brachypodium distachyon tem sido proposto como sistema modelo de plantas C3, pois possui atributos atrativos como, por exemplo, baixa estatura, curto ciclo de vida e genoma sequenciado. A fim de selecionar um sistema modelo de gramíneas para estudos de interação planta-bactéria, foi realizada uma seleção utilizando 23 acessos de Brachypodium distachyon inoculados com Azospirillum brasilense e Herbaspirillum seropedicae crescidos em condições de baixo nitrogênio e/ou sem nitrogênio. Nos parâmetros de crescimento, 4 genótipos do tratamento sem nitrogênio e 3 genótipos tratados com baixo nitrogênio, responderam a pelo menos um dos parâmetros de crescimento avaliados em B. distachyon, A colonização externa e dos tecidos internos das raízes das plantas, foi visualizada utilizando cepas de bactérias marcadas. Deste modo pode-se concluir que as respostas aos parâmetros de crescimento em plantas de B. distachyon em associação com estas bactérias, são altamente variáveis quanto ao genótipo, no entanto B. distachyon é fortemente colonizada por A. brasilense e H. seropedicae. Investigamos as respostas fisiológicas e metabólicas relacionadas ao processo de interação planta-bactéria, além de medir o nitrogênio fixado e assimilado em plantas de S. viridis linhagem A10.1 crescidas sob baixo nitrogênio e comparadas a plantas com alta disponibilidade de nitrogênio. Utilizando radioisótopos de vida curta, num primeiro momento 11CO2, foi analisada a fixação, distribuição e alocação de CO2 em plantas inoculadas com A. brasilense e H. seropedicae crescidas com baixa disponibilidade de nitrogênio, bem como o perfil de açúcares e aminoácidos. Os resultados permitem concluir que plantas de S. viridis inoculadas com ambas as bactérias e baixa disponibilidade de nitrogênio demonstraram comportamento similar ao de plantas supridas com nitrogênio para os parâmetros analisados. Por fim, utilizando 13N2 observaram-se evidências de nitrogênio fixado em plantas de S. viridis inoculadas com A. brasilense e H. seropedicae crescidas em condições de baixo nitrogênio.<br> / Abstract : Nitrogen is an essential nutrient in plant growth. The ability of the plant to supply the required amount of nitrogen can come from biological nitrogen fixation (BNF), through interactions with diazotrophic bacteria. Azospirillum brasilense, which colonize the rhizosphere, and Herbaspirillum seropedicae, able to colonize the internal tissues, are examples of beneficial bacteria that associate with roots of grasses with agricultural and economic importance. The plant - bacterium interaction involves several processes that still unclear. In this work the growth parameters and transcriptional regulation of 10 genes were evaluated in maize seedlings (Zea mays) inoculated with H. seropedicae SmR1 at 1, 4, 7 and 10 days after inoculation (DAI). An increase was observed in lateral roots number of the plants with 7 and 10 DAI. Significant increase was observed in the transcripts level of Zmko1 and ZmrbohC genes in maize roots plant inoculated with H.seropedicae at 4 DAI. In conclusion, Herbaspirillum seropedicae SmR1 present in maize roots can influence the expression of Zmko1 gene that is involved in the gibberellins biosynthesis and also the expression of ZmrbohC gene involved in burst oxidative response at the beginning of the interaction. Brachypodium distachyon has been proposed as a model system of C3 plants. It has attractive features such as short stature, short life cycle and sequenced genome. In order to select a grass model for plant - bacterium interaction system, we screened 23 accessions of Brachypodium distachyon inoculated with Azospirillum brasilense and Herbaspirillum seropedicae. The plants were grown under no nitrogen or low nitrogen condition. In growth parameters, four genotypes under no nitrogen and three genotypes under low nitrogen condition, showed positive responses at least for one of the analyzed parameters. External and internal roots colonization tissues of plant were visualized using labeled bacteria strains. The growth parameters responses in B. distachyon plants associated with A. brasilense and H. seropedicae were highly variable to the different genotypes, however B. distachyon was strong colonized by A.brasilense and H. seropedicae. We also investigated the physiological and metabolic responses related to the plant - bacterium interaction process, and measure the fixed nitrogen and photoassimilates in plants of Setaria viridis genotype A10.1 grown under low nitrogen and compared to plants grown under high nitrogen availability. Using short-lived radioisotopes, as 11CO2, at first was analyzed CO2 fixation, distribution and allocation in plants inoculated with A.brasilense and H. seropedicae grown under low nitrogen condition. Furthermore, were analyzed the sugars profile and amino acids pools. The results indicate that plants of S. viridis inoculated with both bacteria grown under low nitrogen condition demonstrated similar behavior to the plants supplied with normal nitrogen. Finally, using 13N2 was demonstrated evidence of fixed nitrogen in S. viridis plants inoculated with A.brasilense and H. seropedicae grown under low nitrogen condition.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Biológicas, Programa de Pós-Graduação em Biotecnologia e Biociências, Florianópolis, 2015 / Made available in DSpace on 2015-06-02T04:10:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 333908.pdf: 2474792 bytes, checksum: 31b6a4f1b36c9d6ad665a3d9780fa243 (MD5) Previous issue date: 2015 / As atividades de lavra a céu aberto do carvão mineral no sul de Santa Catarina impactaram aproximadamente 6.700 ha de solo. A revegetação é uma alternativa que auxilia no processo de recuperação de áreas degradadas, e o emprego de leguminosas herbáceas inoculadas com bactérias fixadoras de nitrogênio é motivado pela dificuldade em se implantar uma cobertura vegetal nesses locais, devido principalmente à baixa disponibilidade de nutrientes. O objetivo deste trabalho foi avaliar, dentre 16 rizóbios autóctones da região carbonífera em Criciúma, aqueles com maior potencial simbiótico para as leguminosas herbáceas Vicia sativa (Ervilhaca) e Calopogonium mucunoides (Calopogônio). Foram conduzidos ensaios em casa de vegetação contendo 17 tratamentos de inoculação (16 rizóbios autóctones + estirperecomendada para cada leguminosa), além de dois tratamentos sem inoculação (com e sem nitrogênio mineral). Após 60 dias, foi avaliada a nodulação, crescimento, absorção de N e eficiência simbiótica. A capacidade promotora do crescimento vegetal foi avaliada pela produção de ácido indolacético, ACC deaminase, sideróforos e solubilização de fosfato. A classificação filogénetica dos isolados foi realizada por sequenciamento parcial do gene rDNA 16S. Dentre os rizóbios capazes de nodular as leguminosas herbáceas, apenas UFSC-M8 mostrou-se eficiente para a Ervilhaca. Foi verificada a presença de mais de um mecanismo de promoção do crescimento no mesmo isolado, destacando-se UFSC-M8 por apresentar todas as características avaliadas. Os isolados foram classificados como pertencentes aos gêneros Rhizobium, Burkholderia e Gluconobacter. Os resultados sugerem que a inoculação da Ervilhaca com o isolado de rizóbio UFSC-M8 classificada como Burkholderia sp. é uma alternativa promissora para testes de inoculação a campo visando a revegetação das áreas impactadas pela mineração de carvão.<br> / Abstract: The charcoal open pit mining in the south of Santa Catarina state wasinappropriately developed, impacting approximately 6,700 ha. Revegetation is an alternative that helps in the recovery of these areasand the use of herbaceous legumes inoculated with nitrogen fixing bacteria is motivated by the difficulty to implement a vegetation coverin these places, mainly due to the low availability of nutrients. The objective of this work was to evaluate, among 16 autochthonous rhizobia from the coal mining area of Criciúma, Santa Catarina, those with the greatest potential for making symbiosys with the herbaceous legumes Vicia sativa (Ervilhaca) and Calopogonium mucunoides (Calopogônio). Tests were conducted in greenhouse containing 17 inoculation treatments (16 autochthonous rhizobia + recommended strain for each legume), plus two treatments without inoculation (withand without mineral nitrogen). After 60 days, the nodulation, growth, Nuptake and symbiotic efficiency were evaluated. The capacity ofpromoting plant growth was assessed by determining the production ofindol acetic acid, ACC deaminase, siderophores and inorganic phosphate solubilization. The phylogenetic classification of the isolates was performed by sequencing the 16S rDNA gene. Among the rhizobia capable of nodulating the herbaceous legumes, only UFSC-M8 was efficient for Vicia sativa. It was found the presence of more than one growth-promoting mechanism in the same organism, and the isolate UFSC-M8 presented all of them. The isolates were classified as belonging to the genera Rhizobium, Burkholderia and Gluconobacter. The results suggest the inoculation of Vicia sativa with the rhizobium UFSC-M8, classified as Burkholderia sp., is a promising alternative for revegetation field trials to recover coal mining degraded areas.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Química. / Made available in DSpace on 2013-06-25T20:05:36Z (GMT). No. of bitstreams: 1 308797.pdf: 1552011 bytes, checksum: b0c7c4456b6ee7d240d85038138439f4 (MD5) / A produção de suínos passou por profundas mudanças tecnológicas nos últimos anos, disseminando um padrão intensivo de criação visando o aumento de produtividade e diminuição dos custos. Assim grandes volumes de efluentes com alto potencial poluidor (principalmente matéria orgânica e nutrientes), são produzidos em regiões com baixa capacidade de absorção dos biofertilizantes. Uma das tecnologias aplicadas no tratamento de dejetos de suínos é a digestão anaeróbia, na qual tem-se o aproveitamento energético através do biogás, contudo esses sistemas são baseados na remoção de matéria orgânica, não removendo nutrientes como nitrogênio e fósforo, restando um efluente com baixa relação carbono/nitrogênio. Nesse contexto, os processos de remoção de nitrogênio via nitrito ganham destaque, frente a menor necessidade de carbono na desnitritação e economia no suprimento de oxigênio nos processos aeróbios, tendo como fator limitante a seleção das bactérias oxidadoras de amônia (BOA) em detrimento das bactérias oxidadoras de nitrito (BON). O objetivo desse trabalho foi estabelecer o processo de nitritação e desnitritação utilizando-se um digestato de um reator anaeróbio tratando dejetos de suínos com baixa relação carbono/nitrogênio, através da adaptação de um sistema baseado no processo Ludzak-Ettinger Modificado (MLE), operando com geração de nitrito no reator aeróbio e desnitritação no reator anóxico. Afim de estabelecer os respectivos processos, os reatores foram operados separadamente. O reator nitritante foi alimentado com o efluente de um biodigestor localizado na Embrapa Suínos e Aves (BIO-ETDS). O reator desnitritante também alimentado com o efluente do biodigestor (BIO-ETDS) foi suplementado com solução de nitrito de sódio na concentração de nitrito desejada. No intuito de favorecer as BOA no reator nitritante foram usadas algumas estratégias como, alteração do pH, diminuição do tempo de retenção hidráulico (TRH) e diminuição da idade do lodo (IL). Deste modo, a estratégia mais robusta na qual o reator atingiu a nitritação foi o controle da IL (10 d), removendo uma carga de amônia de 2,10±0,21 g L-1d-1. Já no reator desnitritante, a concentração de nitrito que obteve melhor eficiência foi de 0,117g L-1, atingindo o valor de 97,3%, com uma relação ótima de COT/N-NO2- =5,87. Após acoplados, o sistema manteve a produção de nitrito e teve uma eficiência de remoção de nitrogênio na ordem de 60%. / Swine production has undergone diverse technological changes in recent years, spreading a rearing intensive standard in order to increase productivity and lower costs. Thus, large volumes of effluents with high polluting potential (mainly organic matter and nutrients) are produced in regions with low absorptive capacity of biofertilizers. One of the technologies applied in swine manure treatment and anaerobic digestion has energy recovery through biogas; however these systems are based on organic matter elimination which don't remove nutrients such as nitrogen and phosphorus, remaining an effluent with low carbon/nitrogen ratio. In this context, nitrogen removal processes through nitrite are interesting, compared to less need for carbon denitritation and economy in oxygen supply in aerobic processes, with the limiting factor that the selection of ammonia oxidizing bacteria (AOB) are detrimental to nitrite-oxidizing bacteria (NOB). The aim of this study was to establish nitritation and denitritation processes using a digestate of an anaerobic reactor managing swine waste with low carbon/nitrogen ratio, by adapting a system based on the Modified Ludzak-Ettinger (MLE) process operating with nitrite generation in the aerobic reactor and denitritation in the anoxic reactor. In order to establish their own processes, the reactors were operated separately. The nitritation reactor was fed with the effluent from a digester located at Embrapa Swine and Poultry (BIO-ETDS). The denitrifying reactor also fed with the digester effluent (BIO-ETDS) was supplemented with sodium nitrite solution at the nitrite desired concentration. With the intention of favoring AOB in the nitritation reactor, some strategies have been used as pH, hydraulic retention time (HRT) decrease and sludge age decrease. The control of the last strategy (sludge age=10 d) was the most robust in which the reactor has reached nitritation removing ammonia load of 2.10 ± 0.21 g L-1d-1. Regarding denitritation reactor, the nitrite concentration that showed the best efficiency was 0.117 g L-1, reaching a value of 97.3%, with an optimal ratio of TOC/N-NO2- = 5.87. Once the reactors were coupled, the system maintained nitrite production and showed an efficiency of nitrogen removal in the order of 60%.

Bacilos são bactérias aeróbias ou anaeróbias facultativas, Gram positivas ou Gram variáveis, produtoras de endósporos, que lhes conferem resistência ao estresse ambiental. Os gêneros Bacillus e Paenibacillus são os que possuem as espécies reconhecidamente fixadoras de nitrogênio. Outra característica dos bacilos é o grande potencial em produzir substâncias capazes de promover o crescimento vegetal, como hormônios, sideróforos, antibióticos e a capacidade de solubilização de fosfatos. Enquanto múltiplas espécies de bacilos podem ser detectadas nos solos e na rizosfera de várias plantas, muito pouco tem sido feito para estimar a sua diversidade e para indicar quais são as espécies mais comumente isoladas. Dois estudos semelhantes foram conduzidos nesse trabalho, com os seguintes objetivos: i) isolar as espécies de bacilos fixadores de nitrogênio predominantes em diferentes regiões orizícolas e tritícolas do Estado do Rio Grande do Sul, ii) estimar a sua diversidade; e iii) avaliar suas atividades como bactérias promotoras de crescimento de plantas, para utilização como futuros inoculantes. Das espécies que foram identificadas, através do seqüenciamento parcial do gene do RNA ribossomal 16S, as mais comuns foram P. borealis e P. graminis. Para a grande maioria das bactérias isoladas não foi possível a identificação em nível de espécie. Há uma alta probabilidade de que tais bactérias constituam espécies ainda não descritas, mas filogeneticamente muito próximas a P. borealis e P. graminis. Dentre os isolados da rizosfera de arroz e trigo, dois foram descritos como novas espécies neste trabalho: Bacillus oryzae e Paenibacillus riograndensis. Uma característica marcante entre os isolados da rizosfera foi a capacidade destes de produzir grandes quantidades de ácido indol-acético. Poucos isolados, tanto do solo quanto da rizosfera, produziram sideróforos e solubilizaram fosfato. As linhagens selecionadas para experimentos in vivo em casa de vegetação provaram ser muito eficientes na promoção do crescimento de suas plantas hospedeiras. Tais linhagens poderão ser usadas na formulação de novos inoculantes, melhorando o sistema de cultivo em que eles venham a ser aplicados. A identificação e o isolamento de bacilos de solos temperados e subtropicais, que combinem a habilidade de fixar nitrogênio com a produção de substâncias capazes de promover o crescimento vegetal, poderá aumentar significativamente a produtividade das lavouras graníferas no Brasil e no Estado do Rio Grande do Sul, em especial. / Bacilli are aerobic or facultatively anaerobic, Gram positive or variable, endospore-forming bacteria that exhibit resistance to environmental stress. Bacillus and Paenibacillus genera include the best knowing nitrogen-fixing species. Another bacilli characteristic is their great potential in producing substances that promote plant growth by the production of hormones, siderophores and phosphate solubilization. While multiple species of bacilli can be detected in the soils and rhizosphere, scarce research has been carried out to estimate their diversity and indicate the most commonly isolated species. In this work, two similar studies have been conducted with the objectives of: i) isolate the predominant nitrogen-fixing bacilli species from different rice and wheat crops of Rio Grande do Sul State, ii) estimate their diversity, and iii) evaluate their plant growth promoting (PGP) activities in order to use them further as inoculant strains. Among the species that have been identified through partial 16S rRNA gene sequence analysis, P. borealis and P. graminis were the most common species in both locations, soil and rhizosphere. It was not possible to identify the vast majority of isolates at the level of species. There is a high probability that these bacteria constitute species not yet described, but phylogenetically very closely related to P. borealis and P. graminis. Two isolates from rice and wheat rhizospheres were described as new species: Bacillus oryzae and Paenibacillus riograndensis. A remarkable characteristic among isolates of the rhizosphere was their ability to produce high amounts of indole-acetic acid. Few isolates, both from bulk soil and rhizosphere, produced siderophores and/or solubilized phosphates. The strains selected for in vivo experiments in a greenhouse proved to be very effective in promoting the growth of their host plants. Such strains can be used in the formulation of new inoculants, improving the cropping system in which they will be applied. The identification and the isolation of PGP bacilli from temperate and subtropical soils, which combine the ability to fix nitrogen with the production of substances capable of promoting plant growth, could also significantly increase the productivity of grain crops in Brazil and Rio Grande do Sul State in special.

As espécies forrageiras alfafa e cornichão são importantes plantas utilizadas durante o período hibernal nas pastagens do Rio Grande do Sul, reunindo características desejadas, como alto valor nutritivo, elevada produção de forragem, boa aceitabilidade e digestibilidade. No entanto, no Brasil, existe uma carência de trabalhos que visem à seleção e caracterização de estirpes de rizóbio em alfafa e cornichão que sejam mais competitivas e tenham alta capacidade de nodulação e fixação de nitrogênio. Desta forma, o objetivo deste trabalho foi selecionar rizóbios eficientes na fixação biológica de nitrogênio em simbiose a Lotus corniculatus e Medicago sativa. Especificamente, os objetivos são: (a) isolar e caracterizar genética e fenotipicamente rizóbios isolados de alfafa e cornichão; (b) avaliar a produção de ácido indol-acético e sua influência na germinação de sementes de arroz; (c) selecionar rizóbios mais eficientes em alfafa; (d) selecionar a campo rizóbios para cornichão; (e) avaliar o efeito do nitrogênio na simbiose de rizóbio e alfafa. Foram realizados experimentos, em casa de vegetação, em laboratório e a campo, com plantas de L. corniculatus e M. sativa. Os rizóbios isolados de alfafa foram identificados como pertencentes às espécies de Sinorhizobium meliloti e Rhizobium sp. Alguns isolados de alfafa foram capazes de produzir ácido indol-acético e estimular o crescimento de sementes de arroz. Os isolados UFRGS Ms98, Ms63, Ms208 e Ms204 apresentaram índice de eficiência relativa da fixação de nitrogênio superiores aos das estirpes recomendadas para inoculação de M. sativa, indicando um bom potencial destes isolados para estudos a campo. O isolado de rizóbio nativo UFRGS Lc322 e a estirpe U510 foram mais eficientes na fixação biológica de nitrogênio, em condições de campo, do que a estirpe SEMIA 816, recomendada para cornichão no país. O aumento da dose de nitrogênio afetou a interação entre rizóbios e alfafa, no entanto foi possível selecionar o isolado UFRGS Ms208 como mais tolerante ao nitrogênio mineral. / Alfalfa and birdsfoot forages are important plants used during the pastures’ hibernal period of Rio Grande do Sul, gathering desired traits such as high nutritional value, high forage production, good acceptability and digestibility. However, in Brazil, there is a lack of studies aiming the selection and characterization of Rhizobium strains in alfalfa and birdsfoot that are more competitive and have high capacity for nodulation and nitrogen fixation. Thus, the objective of this study was to select Rhizobia efficient in biological nitrogen fixation in symbiosis with Lotus corniculatus and Medicago sativa. Specifically, the objectives were: (a) to isolate and characterize genetically and phenotypically Rhizobia from alfalfa and birdsfoot; (b) to evaluate the production of indole acetic acid and its influence on germination of rice seeds; (c) to select the most efficient Rhizobia in alfalfa; (d) to select Rhizobia for birdsfoot in field; (e) to evaluate the effect of nitrogen in the symbiosis of Rhizobium and alfalfa. Experiments were performed, in a greenhouse, in laboratory and in field conditions, with L. corniculatus and M. sativa. The Rhizobia isolated from alfalfa were identified as belonging to the species of Sinorhizobium meliloti and Rhizobium sp. Some strains of alfalfa were able to produce indole acetic acid and stimulate the growth of rice seeds. The isolates UFRGS Ms98, Ms63, Ms208 and Ms204 showed efficiency index for nitrogen fixation higher than the strains recommended for inoculation of M. sativa, indicating a good potential of these isolates for field studies. The isolated of the native Rhizobium UFRGS Lc322 and the strain U510 were more efficient in nitrogen fixation in field conditions than SEMIA 816 strain, recommended for birdsfoot in the country. The increasing in the nitrogen dose affected the interaction between Rhizobia and alfalfa, but it was possible to select UFRGS Ms208 isolate as the most tolerant to mineral nitrogen.

As espécies forrageiras alfafa e cornichão são importantes plantas utilizadas durante o período hibernal nas pastagens do Rio Grande do Sul, reunindo características desejadas, como alto valor nutritivo, elevada produção de forragem, boa aceitabilidade e digestibilidade. No entanto, no Brasil, existe uma carência de trabalhos que visem à seleção e caracterização de estirpes de rizóbio em alfafa e cornichão que sejam mais competitivas e tenham alta capacidade de nodulação e fixação de nitrogênio. Desta forma, o objetivo deste trabalho foi selecionar rizóbios eficientes na fixação biológica de nitrogênio em simbiose a Lotus corniculatus e Medicago sativa. Especificamente, os objetivos são: (a) isolar e caracterizar genética e fenotipicamente rizóbios isolados de alfafa e cornichão; (b) avaliar a produção de ácido indol-acético e sua influência na germinação de sementes de arroz; (c) selecionar rizóbios mais eficientes em alfafa; (d) selecionar a campo rizóbios para cornichão; (e) avaliar o efeito do nitrogênio na simbiose de rizóbio e alfafa. Foram realizados experimentos, em casa de vegetação, em laboratório e a campo, com plantas de L. corniculatus e M. sativa. Os rizóbios isolados de alfafa foram identificados como pertencentes às espécies de Sinorhizobium meliloti e Rhizobium sp. Alguns isolados de alfafa foram capazes de produzir ácido indol-acético e estimular o crescimento de sementes de arroz. Os isolados UFRGS Ms98, Ms63, Ms208 e Ms204 apresentaram índice de eficiência relativa da fixação de nitrogênio superiores aos das estirpes recomendadas para inoculação de M. sativa, indicando um bom potencial destes isolados para estudos a campo. O isolado de rizóbio nativo UFRGS Lc322 e a estirpe U510 foram mais eficientes na fixação biológica de nitrogênio, em condições de campo, do que a estirpe SEMIA 816, recomendada para cornichão no país. O aumento da dose de nitrogênio afetou a interação entre rizóbios e alfafa, no entanto foi possível selecionar o isolado UFRGS Ms208 como mais tolerante ao nitrogênio mineral. / Alfalfa and birdsfoot forages are important plants used during the pastures’ hibernal period of Rio Grande do Sul, gathering desired traits such as high nutritional value, high forage production, good acceptability and digestibility. However, in Brazil, there is a lack of studies aiming the selection and characterization of Rhizobium strains in alfalfa and birdsfoot that are more competitive and have high capacity for nodulation and nitrogen fixation. Thus, the objective of this study was to select Rhizobia efficient in biological nitrogen fixation in symbiosis with Lotus corniculatus and Medicago sativa. Specifically, the objectives were: (a) to isolate and characterize genetically and phenotypically Rhizobia from alfalfa and birdsfoot; (b) to evaluate the production of indole acetic acid and its influence on germination of rice seeds; (c) to select the most efficient Rhizobia in alfalfa; (d) to select Rhizobia for birdsfoot in field; (e) to evaluate the effect of nitrogen in the symbiosis of Rhizobium and alfalfa. Experiments were performed, in a greenhouse, in laboratory and in field conditions, with L. corniculatus and M. sativa. The Rhizobia isolated from alfalfa were identified as belonging to the species of Sinorhizobium meliloti and Rhizobium sp. Some strains of alfalfa were able to produce indole acetic acid and stimulate the growth of rice seeds. The isolates UFRGS Ms98, Ms63, Ms208 and Ms204 showed efficiency index for nitrogen fixation higher than the strains recommended for inoculation of M. sativa, indicating a good potential of these isolates for field studies. The isolated of the native Rhizobium UFRGS Lc322 and the strain U510 were more efficient in nitrogen fixation in field conditions than SEMIA 816 strain, recommended for birdsfoot in the country. The increasing in the nitrogen dose affected the interaction between Rhizobia and alfalfa, but it was possible to select UFRGS Ms208 isolate as the most tolerant to mineral nitrogen.

Bacilos são bactérias aeróbias ou anaeróbias facultativas, Gram positivas ou Gram variáveis, produtoras de endósporos, que lhes conferem resistência ao estresse ambiental. Os gêneros Bacillus e Paenibacillus são os que possuem as espécies reconhecidamente fixadoras de nitrogênio. Outra característica dos bacilos é o grande potencial em produzir substâncias capazes de promover o crescimento vegetal, como hormônios, sideróforos, antibióticos e a capacidade de solubilização de fosfatos. Enquanto múltiplas espécies de bacilos podem ser detectadas nos solos e na rizosfera de várias plantas, muito pouco tem sido feito para estimar a sua diversidade e para indicar quais são as espécies mais comumente isoladas. Dois estudos semelhantes foram conduzidos nesse trabalho, com os seguintes objetivos: i) isolar as espécies de bacilos fixadores de nitrogênio predominantes em diferentes regiões orizícolas e tritícolas do Estado do Rio Grande do Sul, ii) estimar a sua diversidade; e iii) avaliar suas atividades como bactérias promotoras de crescimento de plantas, para utilização como futuros inoculantes. Das espécies que foram identificadas, através do seqüenciamento parcial do gene do RNA ribossomal 16S, as mais comuns foram P. borealis e P. graminis. Para a grande maioria das bactérias isoladas não foi possível a identificação em nível de espécie. Há uma alta probabilidade de que tais bactérias constituam espécies ainda não descritas, mas filogeneticamente muito próximas a P. borealis e P. graminis. Dentre os isolados da rizosfera de arroz e trigo, dois foram descritos como novas espécies neste trabalho: Bacillus oryzae e Paenibacillus riograndensis. Uma característica marcante entre os isolados da rizosfera foi a capacidade destes de produzir grandes quantidades de ácido indol-acético. Poucos isolados, tanto do solo quanto da rizosfera, produziram sideróforos e solubilizaram fosfato. As linhagens selecionadas para experimentos in vivo em casa de vegetação provaram ser muito eficientes na promoção do crescimento de suas plantas hospedeiras. Tais linhagens poderão ser usadas na formulação de novos inoculantes, melhorando o sistema de cultivo em que eles venham a ser aplicados. A identificação e o isolamento de bacilos de solos temperados e subtropicais, que combinem a habilidade de fixar nitrogênio com a produção de substâncias capazes de promover o crescimento vegetal, poderá aumentar significativamente a produtividade das lavouras graníferas no Brasil e no Estado do Rio Grande do Sul, em especial. / Bacilli are aerobic or facultatively anaerobic, Gram positive or variable, endospore-forming bacteria that exhibit resistance to environmental stress. Bacillus and Paenibacillus genera include the best knowing nitrogen-fixing species. Another bacilli characteristic is their great potential in producing substances that promote plant growth by the production of hormones, siderophores and phosphate solubilization. While multiple species of bacilli can be detected in the soils and rhizosphere, scarce research has been carried out to estimate their diversity and indicate the most commonly isolated species. In this work, two similar studies have been conducted with the objectives of: i) isolate the predominant nitrogen-fixing bacilli species from different rice and wheat crops of Rio Grande do Sul State, ii) estimate their diversity, and iii) evaluate their plant growth promoting (PGP) activities in order to use them further as inoculant strains. Among the species that have been identified through partial 16S rRNA gene sequence analysis, P. borealis and P. graminis were the most common species in both locations, soil and rhizosphere. It was not possible to identify the vast majority of isolates at the level of species. There is a high probability that these bacteria constitute species not yet described, but phylogenetically very closely related to P. borealis and P. graminis. Two isolates from rice and wheat rhizospheres were described as new species: Bacillus oryzae and Paenibacillus riograndensis. A remarkable characteristic among isolates of the rhizosphere was their ability to produce high amounts of indole-acetic acid. Few isolates, both from bulk soil and rhizosphere, produced siderophores and/or solubilized phosphates. The strains selected for in vivo experiments in a greenhouse proved to be very effective in promoting the growth of their host plants. Such strains can be used in the formulation of new inoculants, improving the cropping system in which they will be applied. The identification and the isolation of PGP bacilli from temperate and subtropical soils, which combine the ability to fix nitrogen with the production of substances capable of promoting plant growth, could also significantly increase the productivity of grain crops in Brazil and Rio Grande do Sul State in special.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro de Ciências Agrárias, Programa de Pós-Graduação em Recursos Genéticos Vegetais, Florianópolis, 2017. / Made available in DSpace on 2017-08-01T04:15:22Z (GMT). No. of bitstreams: 1 347205.pdf: 2886946 bytes, checksum: e3c8f549af7eae53045280fe0eb5fe3d (MD5) Previous issue date: 2017 / As restingas são importantes ecossistemas costeiros, com ampla distribuição pelo Brasil, mas que se encontram bastante ameaçadas por ações antrópicas. O Parque Estadual do Rio Vermelho (PAERV), situado em Florianópolis, SC, apesar de ser uma área de preservação ambiental, também possui áreas de restinga que apresentam caráter degradado devido a introdução de espécies alóctones, principalmente de Pinus spp. e Eucalyptus spp. Uma alternativa economicamente viável para a recuperação dessas áreas é a revegetação por meio da inserção de espécies de leguminosas nativas. Estas, por intermédio da associação simbiótica com bactérias fixadoras de nitrogênio, necessária pela baixa fertilidade dos solos de restinga, apresentam crescimento rápido, melhoram a qualidade do solo e o protegem contra erosão. Dessa forma, o objetivo deste trabalho foi avaliar a eficiência de rizóbios autóctones isolados de áreas de restinga do Parque Estadual do Rio Vermelho em espécies de leguminosas nativas com potencial de emprego em programas de revegetação de áreas degradadas do parque. Para tanto, foram feitos ensaios em casa de vegetação com as espécies de Mimosa bimucronata, Sophora tomentosa e Dalbergia ecastophyllum, nas quais foram avaliados doze isolados de rizóbios autóctones, previamente isolados das áreas de restinga do PAERV, além de tratamentos controle não inoculados contendo baixo e alto fornecimento de nitrogênio. As sementes foram semeadas em tubetes contendo solo esterilizado das áreas de restinga do PAERV. Após cento e vinte dias (M. bimucronata e S. tomentosa) e noventa dias (D. ecastophyllum) de crescimento das plantas, foram avaliados: altura das plantas, compatibilidade simbiótica (presença de nódulos nas raízes), número de nódulos, matéria seca da parte aérea, matéria seca da raiz, matéria seca de nódulos, efeitos da inoculação na absorção de nitrogênio nas plantas inoculadas com os rizóbios e eficiência simbiótica. Os rizóbios que apresentaram elevada eficiência simbiótica foram identificados por meio de sequenciamento parcial do gene RNAr 16S. Houve compatibilidade simbiótica para S. tomentosa e M. bimucronata com todos os doze tratamentos inoculados. Para D. ecastophyllum, apenas sete dos tratamentos inoculados forma compatíveis, mostrando que há uma especificidade maior nessa espécie em relação aos simbiontes. Em S. tomentosa, um isolado apresentou elevada eficiência simbiótica, o R155, e para M. bimucronata os isolados R141 e R158. Por meio do sequenciamento parcial do gene RNAr 16S, foram identificados como Bradyrhizobium spp, Bulkhorderia spp. e Paenibacillus spp., respectivamente. É a primeira identificação denodulação em S. tomentosa pelo gênero Bradyrhizobium spp, e do gênero Paenibacillus nodulando M. bimucronata. Para D. ecastophyllum, os isolados que mais influenciaram no acúmulo de biomassa foram o R129, R141, R149 e R155. Alguns dos isolados de rizóbios autóctones mostraram-se com boa capacidade de emprego nas leguminosas nativas avaliadas na revegetação dos solos de restinga contaminados por Pinus spp. no PAERV.<br> / Abstract : The restingas are an important coastal ecosystem with a wide distribution along Brazil but they are quite threatened for anthropogenic actions. The Parque Estadual do Rio Vermelho (PAERV), located in Florianópolis, SC, despite being an environmental preservation area, also have degraded restinga areas due to the introduction of allochthonous species, mainly Pinus spp. and Eucalyptus spp. An economically viable alternative to restore these areas is the revegetation by introduction of native legumes species. These species, by means of symbiotic association with nitrogen-fixing bacteria that are necessary due to the low soil fertility in the restinga, present fast growth, improve the soil quality and protect it against erosion. The objective of this work was to evaluate the efficiency of isolated autochthonous rhizobia from areas of restingas from the Parque Estadual do Rio Vermelho in native legumes species with the potential of application in a program for revegetation of degraded areas from the park. Therefore, tests were made in greenhouse with the species Mimosa bimucronata, Sophora tomentosa and Dalbergia ecastophyllum, in which twelve isolated autochthonous rhizobia were evaluated, previosly isolated from restinga areas of PAERV, as well control treatments not inoculated with low and high nitrogen provision. After a hundred and twenty days (M. bimucronata and S. tomentosa) and ninety days (D. ecastophyllum), were evaluated the height of the plants, symbiotic compatibility (presence of nodules on the roots), number of nodules, shoot dry matter, dry matter of roots, dry matter of nodules, the effects of inoculation in nitrogen absorption from inoculated plants with rhizobia and the evaluation of symbiotic efficiency. The rhizobium that presented high symbiotic efficiency were identified by partial sequencing of gene 16S rRNA. There were symbiotic compatibility of S. tomentosa and M. bimucronata with all twelve inoculated treatments. For D. ecastophyllum, only seven inoculated treatments were compatible, showing that there is a higher specificity in this species in relation to symbionts. In S. tomentosa, one isolated presented high symbiotic efficiency, the R155, and for the M. bimucronata the isolates R141 and R158. By partial sequencing of the 16S rRNA gene, they were identified as Bradyrhizobium spp, Bulkhorderia spp. and Paenibacillus spp., respectively. It is the first identification of nodulation in S. tomentosa by the genus Bradyrhizobium spp, and the genus Paenibacillus nodulating M. bimucronata. For D. ecastophyllum, the isolates which most influenced on the accumulation of biomass were the R129, R141, R149 and R155. Some of the isolated autochthonous rhizobia presented goodusage capacity on the evaluated native legumes from the revegetation restinga soils contaminated by Pinus spp. in PAERV.