Este é o primeiro relato da presença de bactérias diazotróficas dos gêneros Achromobacter e Zoogloea como endófitas de plantas de trigo, que foram identificadas pela análise das seqüências do DNA ribossomal 16S. Com o objetivo de estudar a localização dos isolados: IAC-AT-8- Azospirillum brasiliense, IAC-HT-11- Achromobacter insolitus, IAC-HT-12- Zoogloea ramigera nas plantas de trigo, foi realizado um experimento em condições axênicas. Após 15 dias da inoculação, as plantas foram observadas em microscópio eletrônico e visualizou-se a presença das bactérias externamente nas raízes e internamente no córtex, na região de alongamento. Para estudar possíveis benefícios propiciados por estes isolados à cultura do trigo em condições de campo, foram instalados dois experimentos no ano de 2002, com dois genótipos de trigo (ITD-19 e IAC-370) e três doses de N. As análises foram realizadas no estádio de quatro folhas e de perfilhamento. A inoculação promoveu maior massa de matéria seca e N acumulado e aumentou a produtividade de grãos, principalmente na presença de adubo nitrogenado adicional, porém, revertendo em lucro para o agricultor. As respostas variaram em relação ao local de cultivo. Em 2003, foi realizado outro experimento muito semelhante aos anteriores, entretanto, as análises foram realizadas no estádio perfilhamento e de maturidade fisiológica. A inoculação promoveu benefícios à cultura do trigo independentemente do genótipo utilizado, ou seja, aumento do N acumulado no grão, com a inoculação do isolado IAC-AT-8, e da produtividade de grãos na maior dose de N, com o isolado IACHT- 11. Os benefícios propiciados às plantas pela inoculação de bactérias diazotróficas podem estar relacionados à capacidade de síntese de fitormônios. Por isso instalou-se um experimento no ano de 2005 com o objetivo de relacionar a capacidade de síntese de indóis com os possíveis benefícios à cultura do trigo em condições de campo. Os isolados diferiram quanto a quantidade de indóis que sintetizaram, entretanto, houve benefícios para a cultura, principalmente com a adição de adubo nitrogenado, demonstrando que outros mecanismos podem ser responsáveis pelas respostas positivas. Assim, foi realizado um experimento em casa de vegetação para estudar a influência da inoculação no metabolismo do nitrogênio das plantas e avaliar a colonização em substrato não esterilizado. Os isolados foram marcados com resistência a antibióticos. Após 40 dias da inoculação todos os isolados estavam presentes no interior das raízes, entretanto, não foram detectados no solo. O isolado IAC-HT-11, influenciou o metabolismo do nitrogênio das plantas, propiciando maior atividade das enzimas redutase do nitrato e sintetase da glutamina, e maior teor de clorofila, resultando no aumento da eficiência de utilização do N. Apesar das respostas terem sido variáveis, em todos os experimentos realizados foram obtidas respostas positivas à inoculação do isolado IAC-HT-11 de Achromobacter insolitus, na presença de adubo nitrogenado adicionado. A inoculação é uma prática não onerosa, portanto, viável economicamente, aumentando a produtividade de grãos e gerando lucro para o agricultor. / This study reports for the first time the endophytic nature of Achromobacter and Zoogloea in wheat plants, that were identified by 16S rDNA gene sequence analyses. To find out the localization of the bacterial cells (IAC-AT-8- Azospirillum brasiliense, IACHT- 11- Achromobacter insolitus, IAC-HT-12- Zoogloea ramigera) in/on wheat plants, an experiment was set up under axenic conditions. Fifteen days after inoculation, the plants were observed under electron microscope. All the strains could be visualized on the external part of the root and in the inner part at the elongation zone, in the cortex cells. Two field experiments were carried out in year of 2002, with the aim of evaluating the benefits from inoculation of these strains in wheat plants, with two wheat genotypes (ITD-19 and IAC-370) and three levels of nitrogen fertilizer. The plants were evaluated at four leaves and at tillering stage. Inoculated plants presented increases in dry matter, N accumulation and grain yield, especially in combination with N fertilizer, generating financial profits for the farmer. The responses to inoculation varied according to the location. A field experiment was carried out, in year of 2003, with the same experimental set up used at the previous year. However, the plants were evaluated at tillering stage and at maturity stage. Grain yield and the main yield components were evaluated at harvest. Independent of the cultivar or the nitrogen dose, plants inoculated with the strain IAC-AT-8 presented increases in grain N accumulation and, at the highest nitrogen dose, the strain IAC-HT-11 increased grain yield. The plants? benefits due to the inoculation of endophytic diazotrophic bacteria may also result from their indole synthesis, a field experiment was carried out to find out which had been the main mechanisms for improvement of plant growth and yield, in 2005. The employed strains produced variable amounts of indoles, however, the inoculation brought benefits to wheat plants, mainly in the presence of added N, demonstrated that others mecanisms could be acting for the positive responses to inoculation. In this way, a greenhouse experiment was carried out with the aim of evaluating the influence of inoculation on nitrogen metabolism in wheat plants, and the colonization in unsterilized substratum. The strains were selectively market with antibiotic resistence to. Forty days after inoculation, all three strains had been established in the interior of the roots, however, they could not be detected in the soil. The strain IAC-HT-11 influenced the N metabolism of the plants, increased the nitrate reductase and glutamine synthetase activities, and the chlorophyll content, causing higher efficiency in N utilization. In spite of the great variability of the inoculation response, IAC-HT-11, Achromobacter insolitus, generated the greatest yield increase when combined with nitrogen fertilizer. Inoculation of diazotrophic bacteria is an inexpensive technique, that is economically sound, promoting the increase in grain yield and generating financial profits for the farmer.

A cana-de-açúcar tem elevada importância econômica e agrícola. Bactérias diazotróficas possuem importante papel nos níveis de nitrogênio combinado no solo. Tornando estas bactérias as maiores fontes naturais de nitrogênio reduzido. Os gêneros bacterianos escolhidos são endofíticos, diazotróficos, isolados de cana-de-açúcar. Utilizou-se células de cana-de-açúcar na forma de calo como um modelo da interação bactéria-planta. Os experimentos com misturas bacterianas, avaliaram se dois gêneros seriam capazes de interagir, e nas contribuições às células vegetais. Pseudomonas sp. e Pantoea sp., sofreram inibição do crescimento e Enterobacter sp. foi estimulado. Pseudomonas sp. mostrou ser uma fraca competidora. Quando associadas, a morte de Pseudomonas sp. foi estimulada por Pantoea sp.. Os efeitos do calo na nitrogenase foram observados pontualmente e os no crescimento por períodos maiores. Conteúdos de EROs auxiliaram nos resultados de patogenicidade das linhagens. / The sugarcane has a high economic and agricultural importance. Diazotrophs play an important role in combined nitrogen levels in the soil. Making these bacteria the highest natural sources of reduced nitrogen. The bacterial genera chosen were endophytic diazotroph isolated from sugarcane. Was used cell sugarcane in the form callus as a template of the bacteria-plant interaction. The experiments with bacterial mixtures, evaluated whether two genres would be able to interact, and contributions to plant cells. Pseudomonas sp. and Pantoea sp. suffered growth inhibition and Enterobacter sp. was stimulated. Pseudomonas sp. proved to be a weak competitor. When attached, the death of Pseudomonas sp. was stimulated by Pantoea sp .. The effects of nitrogenase were observed in callus punctually and growth for longer periods. Contents of ROS helped for the pathogenicity of strains.

In this study several free-living diazotrophs (FLD) were isolated and screened for their nitrogen fixing ability on a range of crops grown in greenhouse, hydroponics and field trials. Rhizosphere isolates of free-living diazotrophs (FLD) may be effective biofertilizer inoculants, and may improve plant health where crops are grown with little or no fertilizer, as is the case in the Developing World. FLD isolates from rhizospheric soils in KwaZulu-Natal were assessed by growing them on N-free media, which is a key isolation method. They were then evaluated for their nitrogenase activity by quantifying ethylene production from acetylene by gas chromatography (GC). The free living isolates that produced greater quantities of ethylene were detected by an acetylene reduction assay (ARA). These were further assessed for colony formation on N-free media with different carbon sources, and at a range of temperatures (20, 25 and 300C) and pH values (6.0, 7.0 and 8.0). Isolates G3 and L1 were identified using DNA sequencing by Inqaba Biotechnical Industries (Pty) Ltd as Burkholderia ambifaria Coenye et al, and Bacillus cereus Frankland, respectively. These isolates grew significantly better on an ethanol medium, at temperatures of 20, 25 and 300C and pHs of 6.0, 7.0 and 8.0. Isolates B3 (Burkholderia sp.) and D6 (Bacillus cereus Frankland) also grew well on an ethanol medium, but only at 200C and at a pH of 6.0 and 7.0, respectively, while Isolate E9 (Burkholderia cepacia Frankland) grew well on an ethanol medium only at 300C, and pH 6.0 and 7.0. Temperature and pH strongly influence FLD growth on N-free media using different carbon sources. Further trials were conducted to screen the best isolates under greenhouse condition, using both seed treatments and drenching application techniques onto several crops. The drenching application resulted in an increase in the growth and N-total of all the evaluated crops, relative to an unfertilized control. Growth and N-total of maize and sorghum increased with seed treatments, but did not increase the growth of lettuce and zucchini. Drenching of FLD isolates at 106cfu ml-1, applied on weekly basis, resulted in an increase in the growth of lettuce. Increased doses and frequency of application of the FLD bacteria resulted in a decrease in lettuce growth. This led to the conclusion that application of FLD bacteria at high doses and short intervals may create a situation where the applied FLD bacteria and the resident rhizosphere microbes compete for root exudates. High doses at low frequencies and low doses at high frequencies may be more effective on lettuce. Inoculation of Isolate L1 (B. cereus) at 106cfu ml-1 or in combination with Eco-T® (Trichoderma harzianum Rifai), significantly increased growth of lettuce. This result may have been due to nitrogen fixation, or to secretion of growth promoting substances by both the FLD and T. harzianum, and to biocontrol effects of Eco-T®. Application of Isolate L1 (B. cereus) at 106cfu ml-1 with or without Eco-T® was an effective tool for enhancing plant growth and nitrogen fixation. An FLD, Isolate L1 (B. cereus), was applied to lettuce plants together with a complete hydroponics fertilizer at 25% strength (Ocean Agriculture 3:1:3 (38) Complete), with the N level at 25mg l-1. These plants grew significantly better than the control plants grown on 25% of normal NPK fertilization, or with an inoculation of L1 alone. This indicates that it may be possible to integrate FLD applications with the application of low levels of commercial fertilizers, which is what resource poor farmers can afford. / Thesis (M.Sc.)-University of KwaZulu-Natal, Pietermaritzburg, 2008.

A cana-de-açúcar tem elevada importância econômica e agrícola. Bactérias diazotróficas possuem importante papel nos níveis de nitrogênio combinado no solo. Tornando estas bactérias as maiores fontes naturais de nitrogênio reduzido. Os gêneros bacterianos escolhidos são endofíticos, diazotróficos, isolados de cana-de-açúcar. Utilizou-se células de cana-de-açúcar na forma de calo como um modelo da interação bactéria-planta. Os experimentos com misturas bacterianas, avaliaram se dois gêneros seriam capazes de interagir, e nas contribuições às células vegetais. Pseudomonas sp. e Pantoea sp., sofreram inibição do crescimento e Enterobacter sp. foi estimulado. Pseudomonas sp. mostrou ser uma fraca competidora. Quando associadas, a morte de Pseudomonas sp. foi estimulada por Pantoea sp.. Os efeitos do calo na nitrogenase foram observados pontualmente e os no crescimento por períodos maiores. Conteúdos de EROs auxiliaram nos resultados de patogenicidade das linhagens. / The sugarcane has a high economic and agricultural importance. Diazotrophs play an important role in combined nitrogen levels in the soil. Making these bacteria the highest natural sources of reduced nitrogen. The bacterial genera chosen were endophytic diazotroph isolated from sugarcane. Was used cell sugarcane in the form callus as a template of the bacteria-plant interaction. The experiments with bacterial mixtures, evaluated whether two genres would be able to interact, and contributions to plant cells. Pseudomonas sp. and Pantoea sp. suffered growth inhibition and Enterobacter sp. was stimulated. Pseudomonas sp. proved to be a weak competitor. When attached, the death of Pseudomonas sp. was stimulated by Pantoea sp .. The effects of nitrogenase were observed in callus punctually and growth for longer periods. Contents of ROS helped for the pathogenicity of strains.

Este é o primeiro relato da presença de bactérias diazotróficas dos gêneros Achromobacter e Zoogloea como endófitas de plantas de trigo, que foram identificadas pela análise das seqüências do DNA ribossomal 16S. Com o objetivo de estudar a localização dos isolados: IAC-AT-8- Azospirillum brasiliense, IAC-HT-11- Achromobacter insolitus, IAC-HT-12- Zoogloea ramigera nas plantas de trigo, foi realizado um experimento em condições axênicas. Após 15 dias da inoculação, as plantas foram observadas em microscópio eletrônico e visualizou-se a presença das bactérias externamente nas raízes e internamente no córtex, na região de alongamento. Para estudar possíveis benefícios propiciados por estes isolados à cultura do trigo em condições de campo, foram instalados dois experimentos no ano de 2002, com dois genótipos de trigo (ITD-19 e IAC-370) e três doses de N. As análises foram realizadas no estádio de quatro folhas e de perfilhamento. A inoculação promoveu maior massa de matéria seca e N acumulado e aumentou a produtividade de grãos, principalmente na presença de adubo nitrogenado adicional, porém, revertendo em lucro para o agricultor. As respostas variaram em relação ao local de cultivo. Em 2003, foi realizado outro experimento muito semelhante aos anteriores, entretanto, as análises foram realizadas no estádio perfilhamento e de maturidade fisiológica. A inoculação promoveu benefícios à cultura do trigo independentemente do genótipo utilizado, ou seja, aumento do N acumulado no grão, com a inoculação do isolado IAC-AT-8, e da produtividade de grãos na maior dose de N, com o isolado IACHT- 11. Os benefícios propiciados às plantas pela inoculação de bactérias diazotróficas podem estar relacionados à capacidade de síntese de fitormônios. Por isso instalou-se um experimento no ano de 2005 com o objetivo de relacionar a capacidade de síntese de indóis com os possíveis benefícios à cultura do trigo em condições de campo. Os isolados diferiram quanto a quantidade de indóis que sintetizaram, entretanto, houve benefícios para a cultura, principalmente com a adição de adubo nitrogenado, demonstrando que outros mecanismos podem ser responsáveis pelas respostas positivas. Assim, foi realizado um experimento em casa de vegetação para estudar a influência da inoculação no metabolismo do nitrogênio das plantas e avaliar a colonização em substrato não esterilizado. Os isolados foram marcados com resistência a antibióticos. Após 40 dias da inoculação todos os isolados estavam presentes no interior das raízes, entretanto, não foram detectados no solo. O isolado IAC-HT-11, influenciou o metabolismo do nitrogênio das plantas, propiciando maior atividade das enzimas redutase do nitrato e sintetase da glutamina, e maior teor de clorofila, resultando no aumento da eficiência de utilização do N. Apesar das respostas terem sido variáveis, em todos os experimentos realizados foram obtidas respostas positivas à inoculação do isolado IAC-HT-11 de Achromobacter insolitus, na presença de adubo nitrogenado adicionado. A inoculação é uma prática não onerosa, portanto, viável economicamente, aumentando a produtividade de grãos e gerando lucro para o agricultor. / This study reports for the first time the endophytic nature of Achromobacter and Zoogloea in wheat plants, that were identified by 16S rDNA gene sequence analyses. To find out the localization of the bacterial cells (IAC-AT-8- Azospirillum brasiliense, IACHT- 11- Achromobacter insolitus, IAC-HT-12- Zoogloea ramigera) in/on wheat plants, an experiment was set up under axenic conditions. Fifteen days after inoculation, the plants were observed under electron microscope. All the strains could be visualized on the external part of the root and in the inner part at the elongation zone, in the cortex cells. Two field experiments were carried out in year of 2002, with the aim of evaluating the benefits from inoculation of these strains in wheat plants, with two wheat genotypes (ITD-19 and IAC-370) and three levels of nitrogen fertilizer. The plants were evaluated at four leaves and at tillering stage. Inoculated plants presented increases in dry matter, N accumulation and grain yield, especially in combination with N fertilizer, generating financial profits for the farmer. The responses to inoculation varied according to the location. A field experiment was carried out, in year of 2003, with the same experimental set up used at the previous year. However, the plants were evaluated at tillering stage and at maturity stage. Grain yield and the main yield components were evaluated at harvest. Independent of the cultivar or the nitrogen dose, plants inoculated with the strain IAC-AT-8 presented increases in grain N accumulation and, at the highest nitrogen dose, the strain IAC-HT-11 increased grain yield. The plants? benefits due to the inoculation of endophytic diazotrophic bacteria may also result from their indole synthesis, a field experiment was carried out to find out which had been the main mechanisms for improvement of plant growth and yield, in 2005. The employed strains produced variable amounts of indoles, however, the inoculation brought benefits to wheat plants, mainly in the presence of added N, demonstrated that others mecanisms could be acting for the positive responses to inoculation. In this way, a greenhouse experiment was carried out with the aim of evaluating the influence of inoculation on nitrogen metabolism in wheat plants, and the colonization in unsterilized substratum. The strains were selectively market with antibiotic resistence to. Forty days after inoculation, all three strains had been established in the interior of the roots, however, they could not be detected in the soil. The strain IAC-HT-11 influenced the N metabolism of the plants, increased the nitrate reductase and glutamine synthetase activities, and the chlorophyll content, causing higher efficiency in N utilization. In spite of the great variability of the inoculation response, IAC-HT-11, Achromobacter insolitus, generated the greatest yield increase when combined with nitrogen fertilizer. Inoculation of diazotrophic bacteria is an inexpensive technique, that is economically sound, promoting the increase in grain yield and generating financial profits for the farmer.

A intensificação ecológica das plantações florestais tropicais (PFT) pela introdução de árvores fixadoras de nitrogênio (AFN) pode levar a maior produção de biomassa e ao aumento dos serviços ecossistêmicos (e.g. manutenção dos recursos hídricos e da biodiversidade, recuperação de áreas degradas e sequestro de carbono). Essa intensificação é particularmente importante nos trópicos, por causa da escassez de solos ricos em nutrientes destinados ao estabelecimento das PFT, e devido aos altos custos ambientais e econômicos do uso de fertilizantes minerais. A facilitação a partir de AFN para não-AFN ocorre pela transferência de N após a decomposição da serapilheira, resíduos culturais, raízes e nódulos e exudados radiculares; ou diretamente com auxílio de redes de micorrizas em comum. Foi usado o traçador 15N para adquirir novas percepções sobre a funcionalidade do nitrogênio de plantações florestais puras e mistas de Eucalyptus e Acacia. O capítulo 2 aborda a variação sazonal da fixação do N2 pela Acacia mangium numa segunda rotação florestal com monoculturas (1111 plantas ha-1) ou associada com Eucalyptus grandis (com 555 plantas por espécie ha-1) (em Itatinga-SP). A competição com árvores de Eucalyptus reduziu o crescimento da Acacia em mistura. Em contraste, Eucalyptus em mistura obtiveram maior crescimento e conteúdo de N por árvore do que em monocultura. Maior fixação de N2 pela Acacia em mistura do que em monocultura pode ser relacionado a mais alta competição das árvores de Eucalyptus do que de Acacia para o N do solo. A maior mineralização do N no monocultivo da Acacia do que no plantio misto após uma rotação florestal pode reduzir a fixação de N2 no monocultivo de Acacia durante a segunda rotação florestal em comparação ao plantio misto. O capítulo 3 focou sobre a transferência de N em curto prazo e abaixo do solo a partir da A. mangium para E. grandis vizinhos, com monitoramento durante 60 dias em um plantio misto com 1111 plantas espécie-1ha-1 (Itatinga-SP). 15N-NO3- foi injetado no fuste de três árvores dominantes de Acacia (com 26 meses de idade). A maior parte das folhas, raízes finas e rizosfera das duas espécies foram enriquecidas com 15N a partir dos 5 dias após a marcação, até 6,2 m a partir da Acacia marcada. Esse estudo destacou que a transferência de N em curto prazo e abaixo do solo poderia prover quantidades significativas do requerimento de N de árvores vizinhas as AFN em florestas mistas. O capítulo 4 abordou os efeitos de resíduos de colheita (RC: folhas, galhos e casca) de A. mangium e E. grandis sobre a dinâmica do N no solo e serapilheira, a absorção de N pelas árvores e a produção de biomassa durante a rotação seguinte de Eucalyptus em monocultivo com 1667 plantas ha-1 (Bofete-SP). O conteúdo de N nos RC da Acacia foi cerca de 3 vezes maior do que RC de Eucalyptus. Os resultados preliminares mostraram que a transferência de N a partir de RC da Acacia para o solo e para árvores de Eucalyptus foi mais rápida (observados aos 3 meses após o replantio) do que a partir de RC de E. grandis (observado aos 7 meses após o replantio). Outros estudos relacionados aos temas abordados em cada capítulo são apresentados nos Apêndices. Esta tese destaca o potencial de uso de AFN para promover a intensificação ecológica de PFT. / Ecological intensification of tropical forest plantations (TFP) through the introduction of nitrogen-fixing trees (NFTs) may lead to higher biomass production and to enhancement of ecosystem services (e.g. maintenance of water resources and biodiversity, land reclamation and carbon sequestration). Such intensification can be particularly important in tropics, because of the scarcity of nutrient-rich land area devoted for TFP, and environmental and economic constraints with the use of mineral fertilizers. Facilitation from NFTs to non-NFTs can occur through N-transfer after decomposition of litter, roots and nodules and pruning residues, roots exudates or through common mycorrhizal networks. We used 15N tracers to gain insights into nitrogen functioning of pure and mixed-species plantations of Eucalyptus and Acacia. Chapter 2 deals with the seasonal variation of N2 fixation by Acacia mangium in a second stand rotation of monoculture (1111 trees ha-1) or associated with Eucalyptus grandis (with 555 trees ha-1 for each species) (in Itatinga-SP). Competition with Eucalyptus trees depleted Acacia tree growth in mixture. By contrast, individual Eucalyptus tree growth and N content were higher in mixed-species plantations than in monoculture. Higher N2 fixation by Acacia in mixture than in pure stand may be linked to higher competition of Eucalyptus trees than Acacia trees for soil N. Higher soil N mineralization in pure Acacia stand than in mixture after one stand rotation may deplete N2 fixation in Acacia monoculture during the second rotation in comparison to mixture. Chapter 3 focuses on the short-term belowground N transfer from A. mangium to E. grandis neighbors, monitored during 60 days in a mixed-species plantation with 1111 trees ha-1 for each species (Itatinga-SP). 15N-NO3- was injected in the stem of three big Acacia trees (26 months of age). Most of leaves, fine roots and rhizosphere samples of both species were 15N enriched from 5 days after labelling onwards, up to 6.2 m from the labelled Acacias. Our study highlights that short-term belowground N transfer may provide significants amounts of the N requirements of neighbors of N-fixing trees in mixed-species forests. Chapter 4 deals with the effect of harvested residues (HRs: leaves, branches and bark) of A. mangium and E. grandis on litter and soil N dynamics, N tree uptake and tree biomass production during a following rotation of Eucalyptus in monoculture with 1667 trees ha-1 (Bofete-SP). N content of Acacia HRs was 3 times higher than of Eucalyptus HRs. Our preliminary results showed that N transfer from Acacia HR to the soil and to replanted Eucalyptus trees was more rapid (3 months after replanting) than from N transfer from E. grandis HRs (7 months of age). Other studies related to the chapters are presented in Appendices. Our study highlights the potential use of the NFTs to promote the ecological intensification of TFP.

Oxyreduction reactions resulting from the soil flood promote lighest availability of nutrients from fertilizer application, soil solution. Although the management of drainage, necessary to improve plant establishment contributes to the loss of fertility in these agroecosystems, events such as leaching, runoff and leakage of water from the blocks with the rains keep this ecosystem enriched and pro- development of phytoplankton. Euglenoids and cyanobacteria are favored by these conditions to grow excessively (blooms) and causing environmental impacts that are applicable to the water bodies receiving drainage waters. Moreover, many of cyanobacteria that develop in these environments also contribute to the maintenance of soil fertility. Within this context, with this work, to characterize populations of heterocytous cyanobacterias that contribute to soil fertility and euglenas red blooms forming in agroecosystem of flooded rice. To achieve these objectives, samples of water and soil in three experimental blocks of rice, and conducted two separate studies: culture, isolation and morfomolecular characterization of heterocytous cyanobacteria and cultivation, morphological characterization, monitoring on site and location of blooms cysts of resistance in the soil, forming euglenas pigmented red blooms. Morphological analysis allowed the characterization of four genera of heterocytous cyanobacteria that contribute to soil fertility: Nostoc, Anabaena, Cilindrospermum and Calotrix. Sequencing of 16S RNA gene was only positive for a strain of the genus Nostoc (Nostoc linckia) which, by phylogenetic analysis showed to be a lineage close to Nostoc sp. TH1S01 e Nostoc piscinale. The results obtained in experiments that were aimed at location of the cysts of resistance suggested that such cysts are found at a depth 0-5 cm of soil, however, focuses more on the surface. For euglenoids there was no evidence of the location of the cysts of resistance even at the surface. Monitoring the appearance of blooms of red euglenas shows that the absence of turbulence in water depths, influenced by wind velocity, and water temperature, influenced by atmospheric temperature and solar radiation are key factors for development. It follows from this work, the dynamics of both populations of cyanobacteria as euglenoids in crop irrigated rice is controlled by many biotic and abiotic making knowledge of their diversity and behavior, in practice very difficult having to therefore, the need to employ different methodologies and continuous monitoring and prolonged. It follows further that the use of in vitro culture, while contributing to the research morfomoleculares, promotes populations changes and further complicates the charactrization of the species. / As reações de oxiredução decorrentes da inundação em lavoura de arroz irrigado promovem uma maior disponibilidade de nutrientes, oriundos da aplicação de fertilizantes, na solução do solo. Embora o manejo de drenagem inicial, necessário para o melhor estabelecimento das plântulas, contribua para a perda de fertilidade nesses agroecossistemas, eventos como a lixiviação, o escorrimento superficial e o extravasamento de água das quadras com as chuvas mantêm esse tipo de ecossistema enriquecido e favorável ao desenvolvimento do fitoplâncton. O campo de arroz irrigado é um ambiente aquático temporário sujeito a grandes variações quanto a isolação, temperatura, pH, concentração do oxigênio dissolvido e estado nutricional devido a perturbações freqüentes através de práticas como o uso de agrotóxicos (WHATANABE e ROGER, 1985). Cianobactérias e euglenofíceas são favorecidas por essas condições crescendo excessivamente (florações) e causando impactos ambientais que são extensivos aos corpos d`água receptores das águas de drenagem. Por outro lado, muitas das cianobactérias que se desenvolvem nesses ambientes também contribuem para a manutenção da fertilidade do solo. Nesse contexto, objetivou-se com esse trabalho, caracterizar populações de cianobactérias heterocitadas que contribuem para a fertilidade do solo e euglenas vermelhas formadoras de florações em agroecossistema de arroz irrigado por inundação. Para atingir esses objetivos, foram coletadas amostras de água e solo em três quadras experimentais de arroz irrigado e conduzido dois estudos distintos: cultivo, isolamento e caracterização morfomolecular de cianobactérias heterocitadas e cultivo, caracterização morfológica, monitoramento in loco das florações e localização dos cistos de resistência no solo, de euglenas pigmentadas formadoras de florações vermelhas. A análise morfológica permitiu a caracterização de quatro gêneros de cianobactérias heterocitadas que contribuem para a fertilidade do solo: Nostoc, Anabaena, Cilindrospermum e Calotrix. O sequenciamento da região 16S do rDNA foi positivo apenas para uma linhagem do gênero Nostoc (Nostoc linckia) que, pela análise filogenética, está no mesmo grupo de Nostoc TH1S01 e Nostoc piscinale. Os resultados obtidos nos experimentos que visaram a localização dos cistos de resistência evidenciaram que estes se encontram numa profundidade de 0 a 5 cm do solo, porém, concentrando-se mais na superfíce. Para as euglenofíceas não houve comprovação da localização dos cistos de resistência nem mesmo na superfície. O monitoramento do surgimento das florações de euglenas vermelhas mostra que a ausência de turbulência na lâmina d`água, influenciada pela velocidade dos ventos, e a temperatura da água, influenciada pela temperatura atmosférica e radiação solar, são fatores-chave para o desenvolvimento. Conclui-se que a dinâmica das populações tanto de cianobactérias como de euglenofíceas em lavoura de arroz irrigado por inundação é comandada por muitos fatores bióticos e abióticos os quais tornam o conhecimento da sua diversidade e comportamento, na prática, muito difícil havendo, para tal, a necessidade de se empregar metodologias variadas e monitoramento continuo e prolongado. Conclui-se, ainda, que o emprego de cultivo in vitro permite a investigação morfomofológica, promove alterações das populações e dificultam ainda mais a identificação das espécies.

La symbiose légumineuse-rhizobium a une importance majeure pour les écosystèmes terrestres puisqu'elle permet à la plante hôte de fixer l'azote atmosphérique. L'interaction initiale entre le poil absorbant de la plante hôte et son partenaire bactérien repose sur un dialogue moléculaire complexe. L'évènement de signalisation le plus précoce, détecté immédiatement après la perception des facteurs Nod bactériens, est un influx de Ca2+, accompagné d'une inhibition de la pompe à proton et d'un efflux de Cl- conduisant à une dépolarisation de la membrane plasmique. Cette dépolarisation provoque un efflux de K+ permettant le repolarisation de la membrane. L'objectif de ce travail a été d'identifier des acteurs moléculaires de cette signalisation électrique en utilisant Medicago truncatula comme légumineuse modèle. Dans un premier temps, nous avons identifié un répertoire de gènes candidats à partir de l'analyse du transcriptome du poil absorbant obtenu par RNA-Seq. Nous avons alors exprimé différents candidats (2 canaux anioniques, 1 canal cationique potentiel de la famille CNGC et 1 canal potassique) dans des ovocytes de xénope pour tester leur fonctionnalité (dans ce système) et préciser leurs propriétés de transport. Nous nous sommes alors focalisés sur l'analyse de la fonction in planta du gène codant le canal potassique (démontré comme étant de type rectifiant sortant) en précisant son patron d'expression par transgenèse et sa fonction par génétique inverse. L'absence d'expression fonctionnelle de ce gène se traduit par la disparition complète du courant potassique voltage-dépendant sortant des cellules de M. truncatula. Les premières analyses indiquent que cette perte de fonction n'inhibe pas la capacité de nodulation de la plante mais l'affecte significativement. Elle impacte également la régulation de l'ouverture stomatique de la plante mais n'a pas d'effet sur la translocation de K+ dans la sève xylémienne racinaire vers les parties aériennes. / The legume-rhizobium symbiosis is of crucial importance in terrestrial ecosystems because it allows the plant to assimilate atmospheric nitrogen. The establishment of the interaction between plant root hairs and their symbiotic bacterial partners relies on complex signaling mechanisms. The earliest detected event, immediately triggered by root hair perception of Nod-factors, is a Ca2+ influx, proton pump inhibition and efflux of Cl- resulting in depolarization of the cell membrane. This depolarization is followed by K+ efflux, allowing repolarization of the cell membrane. The general objective of this work is to identify the molecular mechanisms underlying this electrical signaling by using the legume model Medicago truncatula. In a first step, we identified candidate ion channels and transporters by analyzing the root hair transcriptome obtained by RNA-Seq. Then, several candidate genes (1 member from the CNGC channel family, 1 from the Shaker K+ channel family and 2 from the SLAC anion channel family) were expressed in Xenopus oocytes to check their activity in this heterologous system and determine their functional properties. Then, we focused on the gene encoding the Shaker channel, shown to mediate outwardly-rectifying voltage-gated K+ selective currents. We analyzed its expression pattern using a GUS construct and its function in planta by phenotyping a loss-of-function mutant pant. A first set of experiments has shown that the loss-of-function mutation does not suppress the plant nodulation capacity but significantly depresses it. It also affects the control of stomatal aperture upon water stress but let unchanged K+ secretion into the xylem sap in roots and translocation towards the shoots.

Orientadores: Marlene Aparecida Schiavinato, Claudia Baptista Haddad / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Biologia / Made available in DSpace on 2018-09-11T21:06:20Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lima_AnaLuciadaSilva_D.pdf: 355483 bytes, checksum: 9ce9e116731fc53ab23c70ac20c5cf48 (MD5) Previous issue date: 2005 / Resumo: A duração do ciclo de vida foliar determina características distintas nas folhas, que são relevantes para a sobrevivência da planta em diferentes habitats. Tem sido verificado que as espécies perenifólias apresentam mecanismos mais eficientes de conservação de nitrogênio (N) em relação às espécies decíduas. Esses mecanismos são: eficiência de reaproveitamento de nitrogênio (ERN), proficiência de reaproveitamento de nitrogênio (PRN) e eficiência do uso de nitrogênio (EUN). Segundo um dos paradigmas da ecologia vegetal, as espécies crescendo em ambientes oligotróficos têm maior eficiência de reaproveitamento de nutrientes em relação a espécies características de ambientes eutróficos. A PRN em espécies adaptadas a solos poço férteis é maior do que a de espécies de solos mais férteis. Plantas com longo ciclo de vida foliar possuem maior EUN do que plantas com folhas menos longevas e esta eficiência aumenta com o decréscimo da concentração de nutriente no solo. Espécies perenifólias apresentam maior longevidade foliar do que as decíduas e maior concentração de fenóis. Por outro lado, a concentração de taninos costuma ser maior nas folhas de espécies decíduas. É visto também que as espécies com folhas mais longevas possuem menor concentração de N total, menor concentração de compostos nitrogenados e maior massa foliar específica (MFE). O objetivo deste trabalho foi verificar se as observações encontradas na literatura, comparando espécies perenifólias e decíduas, aplicam-se também às espécies semidecíduas (Hymenaea courbaril - sem FSN e Lonchocarpus guilleminianus ¿ com FSN) e decíduas (Enterolobium contortisiliquum ¿ com FSN e Peltophorum dubium - sem FSN) encontrada em uma Mata Estacional Semidecídua remanescente da Mata Atlântica. As plantas foram cultivadas em casa de vegetação, em vasos contendo solo de local onde as espécies são encontradas na mata, enriquecido ou não com N. Plantas de H. courbaril e P. dubium também foram cultivadas em areia. Houve decréscimo na concentração de clorofila total com o avanço da idade foliar nas quatro espécies. As ERN, PRN e EUN decresceram com o aumento da concentração de N no solo. Espécies com FSN apresentaram menor ERN, PRN e EUN em relação às espécies sem FSN. Plantas cultivadas em areia tiveram maiores ERN, PRN e EUN. Os resultados mostraram uma relação inversa entre os parâmetros de ERN, PRN, EUN e presença de FSN e fertilidade do solo. Os resultados obtidos corroboram os da literatura, já que as espécies com folhas mais longevas apresentaram concentrações maiores de fenóis e maior MFE, menores de taninos, nitrato, proteínas, aminoácidos, clorofila e N total / Abstract: Depending on the leaf life span, the leaves show distinct characteristics, which are relevant to the survival of the plant in different habitats. It has been noticed that the evergreen species show more efficient mechanisms of Nitrogen (N) conservation. These mechanisms are related to N Resorption Efficiency (NRE), N Resorption Proficiency (NRP) and N Use Efficiency (NUE). According to one of the paradigms of plant ecology, species growing in oligotrophic environments are more efficient in nutrient resorption than species from eutrophic environments. It is well known that the NRP in species adapted to soils which are not very fertile, is higher than in species of fertile soils. Plants with long leaf life span have higher NUE than plants with shorter leaf life span and the NUE increases with the decrease of nutrient in the soil. Since the evergreen species present longer leaf life span than the deciduous, their leaves present higher concentration of phenolic compound. On the other hand, the concentration of tannins is usually higher in leaves of deciduous species. It is also known that the long leaf life species have lower concentration of nitrogen compounds and higher Specific Leaf Mass (SLM). The objective of this study was to verify if the observations found in literature, comparing evergreen species to deciduous species, are also applied to the semi deciduous species (Hymenaea courbaril - without SNF and Lonchocarpus guilleminianus ¿ with SNF) and deciduous species, (Enterolobium contortisiliquum ¿ with SNF and Peltophorum dubium - without SNF) of a semi deciduous tropical forest, remnant of the Atlantic Forest. The plants were grown in a greenhouse; in pots filled with soil from their natural environment, enriched or not with N. Plants of H. courbaril and P. dubium were also grown in sand. The results obtained confirm the observations cited in the literature, since the species with longer leaf life span presented higher SLM and concentrations of phenolic compounds, lower concentrations of tannins, nitrate, total proteins, total free amino acids, chlorophyll total), total N. There was a fall in the concentration of total chlorophyll with the advance of leaf age in the four species. The NRE, NRP and NUE decreased with the increase of N concentration in the soil. Species with SNF presented lower NRE, NRP and NUE if compared to species without SNF / Doutorado / Biologia Vegetal / Doutor em Biologia Vegetal

La symbiose entre les légumineuses et les Rhizobiacées est la source d’azote fixé la plus importante pour le bon fonctionnement des écosystèmes naturels et agricoles. Très étudiée chez des légumineuses modèles, certains aspects de cette interaction restent peu connus ; c’est le cas des mécanismes génétiques et fonctionnels qui contrôlent la spécificité hôte-symbiote. Il n’y a que peu d’études globales consacrées à ce phénomène, et les gènes symbiotiques sont très peu connus chez les espèces non-modèles. Dans ce contexte, nous avons étudié un cas de changement de spécificité symbiotique remarquable chez des espèces phylogénétiquement proches du genre Lupinus (Fabacées). Tout d’abord, la reconstruction et l’analyse de génomes chloroplastiques complets a permis de camper le cadre évolutif de la symbiose en générant de nouveaux marqueurs d’intérêt pour clarifier la phylogénie et l’évolution des lupins. A partir d’une expérimentation d’inoculation croisée impliquant trois espèces de lupins méditerranéens et deux souches compatibles et incompatibles de Bradyrhizobium, une approche RNA-Seq a permis de produire les premiers nodulomes de lupin et d’identifier les gènes symbiotiques. L’analyse des gènes différentiellement exprimés a montré que la spécificité symbiotique affecte non seulement la voie de signalisation et de régulation de la symbiose, mais également une diversité de voies métaboliques associées. Enfin, l’étude de la dynamique évolutive et fonctionnelle de quelques gènes a mis en évidence l’impact et l’importance des phénomènes de duplication aux différents niveaux de la cascade génétique symbiotique. / Legumes-Rhizobia symbiosis is the most important fixing nitrogen source for the good functioning of both natural and agricultural ecosystems. Although, it is extensively studied in model legumes, some aspects of this interaction remain unclear, such as the genetic and functional mechanisms controlling the host-symbiont specificity. Large scale studies of this process are scarce and symbiotic genes are not well described in non-model species. In this context, the effect of symbiotic specificity was investigated in phylogenetically close relative species belonging to the Lupinus genus (Fabaceae). First, the reconstruction and analysis of complete chloroplast genomes allowed us to generate new and useful markers for clarifying the Lupinus phylogeny in order to lighten the evolutionary context of the symbiosis. Following a cross-inoculation experiment of three Mediterranean lupine species with two compatible or incompatible Bradyrhizobium strains, a RNA-Seq approach allowed the reconstruction of the first lupine nodulomes and the identification of lupine symbiotic genes. The analysis of differentially expressed genes revealed that the symbiotic specificity affects not only the signalling and regulatory symbiotic pathways, but also diverse associated metabolic pathways. Finally, evaluating the evolutionary and functional dynamics of genes highlighted the importance of gene and genome duplication events at different steps of the symbiotic genetic pathway.