A cana-de-açúcar (Saccharum sp.) é uma planta que ocupa posição de destaque entre as culturas de importância econômica no cenário internacional, principalmente no Brasil, que é o maior produtor mundial. O estudo da diversidade microbiana associada a plantas, principalmente aquelas com interesse comercial, apresenta-se como importante alternativa para melhorar as características e a sustentabilidade destas culturas. Neste sentido, bactérias endofíticas e rizobactérias tem sido alvo de muitos estudos, pois apresentam efeitos benéficos para as plantas, como promoção de crescimento e inibição de patógenos. Um dos grupos de bactérias que colonizam a cana-de-açúcar é composto por espécies do gênero Burkholderia. Este gênero é composto de bactérias que podem ser encontradas em diferentes nichos ecológicos, como o solo, a água, ou em associação com plantas, fungos, e outros animais, além de humanos. Na interação bactéria-planta, as espécies de Burkholderia podem colonizar a rizosfera e o interior das raízes hospedeiro, onde podem estimular o crescimento do vegetal, contribuir para sua nutrição, como também protegê-lo da ação de fitopatógenos. Sendo assim, isolados de Burkholderia spp. do interior das raízes (endofíticos) e da rizosfera de cana-de-açúcar foram avaliados quanto à capacidade de fixar nitrogênio, produzir AIA, sideróforos, enzimas de interesse biotecnológico, solubilizar fosfato inorgânico e inibir patógenos desta cultura. Estes isolados também foram caracterizados geneticamente por análise de restrição e seqüenciamento dos genes 16S rDNA e gyrB, além da caracterização genotípica por BOX-PCR. Os resultados indicam que os isolados possuem potencial para promoção de crescimento vegetal, inibição de patógenos e produção de lipases. Filogeneticamente, a maioria dos isolados pertencem ao complexo Burkholderia cepacia com similaridade à B. cepacia e B. cenocepacia. Considerando a ocorrência dos isolados como endófitos ou rizosféricos, as metodologias fenotípicas e genotípicas não foram capazes de distinguir os membros componentes destas comunidades. Este trabalho evidencia a ampla associação deste grupo com cana-de-açúcar, e destaca as possíveis aplicações que tais bactérias podem ter no cultivo e sustentabilidade desta cultura. / Sugarcane (Saccharum spp.) occupies a position of prominence among the economically important crops in the international scene, mainly in Brazil, which is the world\'s largest producer. The study of microbial diversity associated with plants, especially those with commercial interest, presents itself an important alternative to improve the performance and sustainability of these crops. In this sense, endophytic bacteria and rhizobacteria has been target of many studies, since they have beneficial effects for plants, such as plant growth promotion and inhibition of pathogens. One of the bacterial groups that colonize sugarcane is composed of species of the genus Burkholderia. This genus is composed of a bacterium that can be found in different ecological niches, such as soil, water, or in association with plants, fungi and other animals, as well as in humans. In the association bacterium-plant, the species of Burkholderia can colonize the rhizosphere and the inside of the host roots, which can stimulate the growth of the plant, contributing to its nutrition, but also protects it from the action of phytopathogens. Thus strains of Burkholderia spp. isolated from the inside of the roots (endophytic) and from the rhizosphere of sugarcane were evaluated for the ability to fix nitrogen, produce IAA, siderophores, enzymes of biotechnological interests, solubilize inorganic phosphate and inhibits pathogens of the same crop. These strains were also genetically characterized by the analysis of enzymatic restriction and sequencing of 16S rDNA and gyrB genes, in addition to the characterization by genotypic technique BOX-PCR. The results indicate that the strains have potential for plant growth promotion, inhibition of pathogens and production of lipases. Phylogenetically, the isolates were affiliated to Burkholderia cepacia complex, with mainly similarity to B. cepacia and B. cenocepacia. Considering the occurrence of isolated as endophytes or rhizosphere, the genotypic and phenotypic methods were not able to distinguish the members of these communities. This research work demonstrates the broad association that this group has with sugarcane, and highlights the possible applications that these bacteria may have in cultivation and sustainability of this crop.

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.

A cana-de-açúcar (Saccharum sp.) é uma planta que ocupa posição de destaque entre as culturas de importância econômica no cenário internacional, principalmente no Brasil, que é o maior produtor mundial. O estudo da diversidade microbiana associada a plantas, principalmente aquelas com interesse comercial, apresenta-se como importante alternativa para melhorar as características e a sustentabilidade destas culturas. Neste sentido, bactérias endofíticas e rizobactérias tem sido alvo de muitos estudos, pois apresentam efeitos benéficos para as plantas, como promoção de crescimento e inibição de patógenos. Um dos grupos de bactérias que colonizam a cana-de-açúcar é composto por espécies do gênero Burkholderia. Este gênero é composto de bactérias que podem ser encontradas em diferentes nichos ecológicos, como o solo, a água, ou em associação com plantas, fungos, e outros animais, além de humanos. Na interação bactéria-planta, as espécies de Burkholderia podem colonizar a rizosfera e o interior das raízes hospedeiro, onde podem estimular o crescimento do vegetal, contribuir para sua nutrição, como também protegê-lo da ação de fitopatógenos. Sendo assim, isolados de Burkholderia spp. do interior das raízes (endofíticos) e da rizosfera de cana-de-açúcar foram avaliados quanto à capacidade de fixar nitrogênio, produzir AIA, sideróforos, enzimas de interesse biotecnológico, solubilizar fosfato inorgânico e inibir patógenos desta cultura. Estes isolados também foram caracterizados geneticamente por análise de restrição e seqüenciamento dos genes 16S rDNA e gyrB, além da caracterização genotípica por BOX-PCR. Os resultados indicam que os isolados possuem potencial para promoção de crescimento vegetal, inibição de patógenos e produção de lipases. Filogeneticamente, a maioria dos isolados pertencem ao complexo Burkholderia cepacia com similaridade à B. cepacia e B. cenocepacia. Considerando a ocorrência dos isolados como endófitos ou rizosféricos, as metodologias fenotípicas e genotípicas não foram capazes de distinguir os membros componentes destas comunidades. Este trabalho evidencia a ampla associação deste grupo com cana-de-açúcar, e destaca as possíveis aplicações que tais bactérias podem ter no cultivo e sustentabilidade desta cultura. / Sugarcane (Saccharum spp.) occupies a position of prominence among the economically important crops in the international scene, mainly in Brazil, which is the world\'s largest producer. The study of microbial diversity associated with plants, especially those with commercial interest, presents itself an important alternative to improve the performance and sustainability of these crops. In this sense, endophytic bacteria and rhizobacteria has been target of many studies, since they have beneficial effects for plants, such as plant growth promotion and inhibition of pathogens. One of the bacterial groups that colonize sugarcane is composed of species of the genus Burkholderia. This genus is composed of a bacterium that can be found in different ecological niches, such as soil, water, or in association with plants, fungi and other animals, as well as in humans. In the association bacterium-plant, the species of Burkholderia can colonize the rhizosphere and the inside of the host roots, which can stimulate the growth of the plant, contributing to its nutrition, but also protects it from the action of phytopathogens. Thus strains of Burkholderia spp. isolated from the inside of the roots (endophytic) and from the rhizosphere of sugarcane were evaluated for the ability to fix nitrogen, produce IAA, siderophores, enzymes of biotechnological interests, solubilize inorganic phosphate and inhibits pathogens of the same crop. These strains were also genetically characterized by the analysis of enzymatic restriction and sequencing of 16S rDNA and gyrB genes, in addition to the characterization by genotypic technique BOX-PCR. The results indicate that the strains have potential for plant growth promotion, inhibition of pathogens and production of lipases. Phylogenetically, the isolates were affiliated to Burkholderia cepacia complex, with mainly similarity to B. cepacia and B. cenocepacia. Considering the occurrence of isolated as endophytes or rhizosphere, the genotypic and phenotypic methods were not able to distinguish the members of these communities. This research work demonstrates the broad association that this group has with sugarcane, and highlights the possible applications that these bacteria may have in cultivation and sustainability of this crop.

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.

Made available in DSpace on 2016-12-08T16:44:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 PGPV13MA107.pdf: 923781 bytes, checksum: d7668fa3e1b6157cd9370baabedbd9a3 (MD5) Previous issue date: 2013-02-22 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico / Nitrogen is one the factors that influence the most maize agronomic performance. The use of plant growth promoting bacteria that enhance N utilization may be a useful tool to improve maize grain yield. This work was carried out aiming to evaluate the effect of inoculating diazotrophic bacteria of the genus Azospirillum on the early growth and grain yield of maize, under different rates of mineral N, at two management levels. A green house and a field experiment were set. In the green house experiment, a 2 x 2 x 2 factorial treatment design was used, testing two cultivars (the open pollinated variety SCS 155 Catarina and the single-cross hybrid P30R50), two nitrogen rates (0 e 100 kg N ha-1) and the presence or absence of inoculation with Azospirillum brasiliense. Leaf area, plant height, chlorophyll content, growth stage, shoot and root dry mass production 28 days after sowing were determined. A randomized block design arranged in split-split plots was used in the field trial. Two management levels were tested in the main plots: medium and high. The open pollinated variety SCS 155 Catarina, sowed at 50,000 pl ha-1, was used at the medium management level. The single-cross hybrid P30R50, sowed at 90,000 ha-1, was used at the high management level. Four nitrogen rates, equivalent to 0; 0.5; 1.0; and 1.5 times the recommended rate to achieve grain yields of 8,000 kg ha-1 and 18,000 kg ha-1, for the medium and high management levels, were tested in the split-plots, accounting for 0, 65, 130 and 190 kg N ha-1 (medium) and 0, 140, 280 and 420 kg N ha-1 (high), respectively. The inoculation effect was assessed in the split-split plots. In the green house experiment, inoculation with Azospirillum brasiliense and fertilization with mineral N did not increase the cultivar s initial development neither interfered significantly in their leaf area, plant height and biomass production. In the field experiment, grain yield was greater at the high management level than at the medium management level, regardless of mineral N rate and inoculation. Grain yield increased quadratically with the increment in N side-dressed rate at the high management level with and without Azospirillum brasiliense inoculation. At the medium management level, grain yield increased linearly with the increment in N rate when plants were inoculated and it was not affected by N rate when the inoculation was not performed. There was no significant difference in grain yield between treatments with or without inoculation. The inoculation with Azospirillum brasiliense did not improve maize early growth and neither enhanced its grain yield, regardless of cultivar and nitrogen rate / A adubação nitrogenada é um dos fatores que mais influenciam no desempenho agronômico do milho. A utilização de bactérias promotoras do crescimento de plantas que favoreçam o crescimento inicial e melhorem a utilização do N pode ser uma ferramenta útil para alcançar maiores produtividades. Este trabalho foi conduzido com o intuito de avaliar os efeitos da inoculação de bactérias diazotróficas do gênero Azospirillum sobre o desenvolvimento vegetativo inicial e rendimento de grãos do milho, sob diferentes doses de N mineral, cultivado em dois níveis de manejo. Foram conduzidos dois experimentos, o primeiro em casa de vegetação e o segundo a campo. No trabalho de casa de vegetação utilizou-se um esquema fatorial 2x2x2, testando duas cultivares de milho (a variedade de polinização aberta SCS 155 Catarina e o híbrido simples P30R50), duas doses de nitrogênio (0 e 100 kg de N ha-1) e presença ou ausência de inoculação com Azospirillum brasiliense. Avaliou-se a área foliar, estatura de plantas, teor de clorofila, estádio fenológico e a produção de fitomassa de parte aérea e raízes 28 dias após a semeadura. No ensaio de campo utilizou-se o delineamento experimental de blocos ao acaso dispostos em parcelas sub-subdivididas. Na parcela principal foram testados dois níveis de manejo: médio e alto. No nível médio semeou-se a variedade de polinização aberta SCS 155 Catarina na densidade de 50.000 pl ha-1. No nível alto utilizou-se o híbrido simples P30R50 na densidade de 90.000 pl ha-1. Nas sub-parcelas testaram-se quatro doses de N em cobertura, equivalentes a 0; 0,5; 1 e 1,5 vezes a dose recomendada para atingir 8.000 kg ha-1 no nível de manejo médio e 18.000 kg ha-1 no nível de manejo alto, perfazendo 0, 65, 130 e 195 kg de N ha-1 para o nível médio e 0, 140, 280 e 420 kg-1de N ha-1 para o nível alto. Nas sub-subparcelas avaliou-se o efeito da inoculação. No experimento de casa de vegetação, a inoculação com Azospirillum brasiliense e a aplicação de nitrogênio mineral não estimularam o desenvolvimento inicial das cultivares e nem interferiram significativamente na sua área foliar, estatura de planta e produção de fitomassa. No experimento de campo, o rendimento de grãos foi maior no nível de manejo alto do que no médio, independentemente da dose de N e da inoculação. O rendimento de grãos aumentou quadraticamente com aumento nas doses de nitrogênio no nível de manejo alto, tanto nas parcelas inoculadas quanto nas não inoculadas. No nível de manejo médio houve incremento linear no rendimento de grãos dos tratamentos inoculados e não houve efeito significativo do N para tratamentos sem inoculação. Não houve diferenças significativas no rendimento de grãos dos tratamentos com ou sem inoculação de Azospirillum brasiliense. A inoculação com Azospirillum brasiliense não estimulou maior desenvolvimento inicial e nem promoveu incrementos consistentes no rendimento de grãos do milho, independentemente da cultivar ou da dose de N utilizada

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.

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