O fósforo (P) é limitante tanto na produtividade da cana-de-açúcar (Saccharum officinarum L.) quanto na atividade da microbiota do solo. Em solos de regiões tropicais, devido à elevada saturação por óxidos de ferro e alumínio, o P se encontra normalmente indisponível às plantas. Portanto, o manejo da adubação de P, baseado no uso de microrganismos capazes de promover uma melhor ciclagem do P, se faz necessário. Assim, o objetivo do estudo foi avaliar as mudanças na microbiota do solo e na produtividade da cana-de-açúcar, em condições de campo, em resposta ao manejo orgânico associado à inoculação de bactérias solubilizadoras de fosfato (BSF). Para tanto, foi utilizado um composto, obtido previamente por meio da compostagem de subprodutos da indústria sucroenergética (torta de filtro e cinzas), enriquecido com fosfatos de rocha (fosfato de Araxá-FA ou fosfato de Bayóvar-FB). No campo foram estabelecidos sete tratamentos, sendo um destes o tratamento controle, adubado com superfosfato triplo. Seis tratamentos compreendiam áreas adubadas com composto, sendo duas com composto que continha FA, duas com FB e duas somente com composto sem enriquecimento com P (C). A metade dessas áreas recebeu também inoculação com BSF, contendo os tratamentos FA+I, FB+I e C+I. A inoculação foi feita com Bacillus simplex BACBR04, Bacillus sp. BACBR06 e Rhizobium sp. RIZBR0. As avaliações foram realizadas durante o primeiro ano de cultivo (cana planta) em dois períodos (aos seis e 12 meses). As mudanças na microbiota foram acessadas por meio da atividade das enzimas fosfatases (ácida e alcalina), fitases e β-glucosidase. Mudanças na estrutura da comunidade bacteriana e fúngica foram acessadas por meio do T-RFLP. A abundância dos genes 16S RNAr, phoD (relacionado à solubilização de P) e ITS foram avaliadas por meio de PCR quantitativo. A atividade das fosfatases e β-glucosidase aumentaram com a inoculação na cana adubada com composto enriquecido com fosfato de Araxá (FA+I) e também no solo adubado com composto sem enriquecimento (C+I). Nos tratamentos FA+I e C+I houve incremento do fósforo disponível e aumento de 10% na produtividade, em relação ao tratamento controle (M). As comunidades bacteriana e fúngica do tratamento C+I se estruturaram de forma distinta em relação ao tratamento controle (M). Nos solos inoculados houve menor abundância do gene ITS aos seis meses, enquanto que, para o gene 16S RNAr, os solos inoculados apresentaram menor abundância no período de 12 meses. Verificou-se que o consórcio bacteriano inoculado, associado com a aplicação de composto, superou, no primeiro ano de cultivo, o manejo rotineiramente utilizado em cana-de-açúcar (adubação com superfosfato triplo). É possível que haja efeito residual no decorrer dos ciclos da cana-de-açúcar, o que ainda reforçaria a importância do manejo orgânico associado à inoculação com BSF. / Phosphorus (P) is limiting both the yield of sugarcane (Saccharum officinarum L.) and the activity of the soil microbiota. In tropical soils, due to the high saturation of iron and aluminum oxides, P is normally unavailable to plants. Therefore, the management of P fertilization, based on the use of microorganisms that promote better P cycling is necessary. Thus, the objective of this study was to evaluate changes in the soil microbiota and in sugarcane yield under field conditions, in response to the organic management associated with the inoculation of phosphate solubilizing bacteria (PSB). In our field experiment, our fertilizer was an organic compost, previously obtained by the composting process of by-products of the sugarcane industry (filter cake and ashes), enriched with rock phosphates (Araxá phosphate-AP or Bayóvar phosphate-BP). Seven treatments were established in the field, one of which was the control treatment, fertilized with triple superphosphate. Six treatments comprised compost fertilized areas, two with compost containing AP, two with BP, and two only with compost, and without any enrichment with P (C). Half of these areas were also inoculated with PSB, containing the treatments AP+I, BP+I and C+I. Field inoculation was done with Bacillus simplex BACBR04, Bacillus sp. BACBR06 and Rhizobium sp. RIZBR0. We performed evaluations during the first year of cultivation at two periods (at six and twelve months after planting). We accessed the changes in the microbiota through the activity of acid and alkaline phosphatases, phytases and β-glucosidase. Changes in bacterial and fungal community structure were accessed through T-RFLP. We evaluated the abundance of the 16S RNAr, phoD (related to P solubilization) and ITS genes by quantitative PCR. The phosphatases and β-glucosidase activity increased with the inoculation in sugarcane fertilized with compost and enriched with Araxá phosphate (AP+I) and in the soil fertilized with compost, but without any enrichment (C+I). In these treatments (AP+I and C+I), we found an increase in available phosphorus and a 10% increase in productivity, in relation to the control treatment (M). The bacterial and fungal communities of the treatments C+I presented a different structure in relation to the control treatment (M). In the soils that received bacterial inoculations, there was a lower abundance of the ITS gene at six months, whereas for the 16S RNAr gene the inoculated soils presented lower abundance at 12 months. We verified that the inoculated bacterial consortium, associated with the application of compost, overcame the conventional management in sugarcane (triple superphosphate fertilizer) in the first year of cultivation. In addition, it is possible residual effect during the sugarcane cycles, which would further reinforce the importance of organic management associated with BSF inoculation.

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No. of bitstreams: 1 DissHCRF.pdf: 2021523 bytes, checksum: 49238f07e8f2a02f9b4b2fad743ff733 (MD5) Previous issue date: 2016-03-28 / Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) / Solid-state cultivation (SSC) are characterized by microbial growth on solid supports, often agroindustrial by-products, in conditions of absence of free water. Citric acid and ethanol are important commercial bioproducts used in various industrial sectors, which could be obtained by SSC of fungi from bagasse sugarcane and vinasse, with subsequent fermentation, minimizing the cost of production with the use two industrial byproducts. Fungi consortium has advantages over the isolated cultures, highlighting the best use of substrates due to enzyme supplementation, especially in terms of hydrolases. In this sense, the aim of this research was to evaluate the SSC of Aspergillus niger and Trichoderma reesei alone for the production of citric acid from sugarcane bagasse impregnated with different solutions (sucrose and vinasse) and the consortium of these fungi followed by ethanol fermentation of fungal yeast extract. The experimental steps set up the cultivation of A. niger for production of citric acid from submerged particles of sugarcane bagasse; SSC of A. niger and T. reesei alone and mixed using as impregnating with and without sucrose solution and vinasse pretreated with acid hydrolysis; ethanol fermentation of fungal extract by Saccharomyces cerevisiae. Results indicate the feasibility of Aspergillus niger´growth on submerged particles of sugarcane bagasse for citric acid production in medium with addition of sucrose. SSC of this fungus from sugarcane bagasse resulted in 103 mg L-1 of citric acid content in 4 days without addition of sucrose to the solid medium. Similarly, SSC of Trichoderma reesei in sugarcane bagasse leads citric acid production around 67 mg L-1 with raw vinasse in the first growth day. Specific production of 2.51 mg g-1 h-1 in terms of citric acid was obtained from the fungal consortium higher than that obtained using the two fungi alone. Ethanol fermentation tests by Saccharomyces cerevisiae from the fungal extract obtained by the SSC indicated that it is feasible to obtain a second bioproduct, especially high yield of glucose into ethanol to extract condition obtained from T. reesei without sucrose in 5 days. Results suggests the viability in the use of two important by-products of the sugarcane industry via microbial consortium by SSC, leading an interesting research field with various scientific and regional aspects. / O cultivo em estado sólido (CES) caracteriza-se pelo crescimento microbiano em suportes sólidos, muitas vezes subprodutos agroindustriais, em condições próximas da ausência de água livre. Ácido cítrico e etanol são importantes bioprodutos comerciais utilizados em vários setores industriais, os quais poderiam ser obtidos agregando o CES de fungos a partir de bagaço de cana-de-açúcar e vinhaça, com posterior fermentação, minimizando o custo de sua produção com o aproveitamento de dois subprodutos industriais. O consórcio de fungos apresenta vantagens sobre as culturas isoladas, destacando-se no melhor aproveitamento dos substratos devido à complementação enzimática, principalmente em termos de hidrolases. Nesse sentido, o objetivo do trabalho foi avaliar o CES de Aspergillus niger e Trichoderma reesei isoladamente para a produção de ácido cítrico a partir de bagaço de cana-de-açúcar impregnado com soluções distintas (sacarose e vinhaça), assim como o consórcio destes fungos, seguido de fermentação etanólica do extrato fúngico por leveduras. As etapas experimentais desta dissertação compreendem o cultivo de A. niger para produção de ácido cítrico a partir de partículas de bagaço de cana-de-açúcar submersas; CES de A. niger e T. reesei isoladamente e consorciados utilizando como soluções impregnantes água deionizada com e sem sacarose e vinhaça bruta e pré-tratada com hidrólise ácida; fermentação etanólica do extrato fúngico por Saccharomyces cerevisiae. Os resultados indicam a viabilidade do cultivo de Aspergillus niger em partículas de bagaço de canade- açúcar submersas com produção de ácido cítrico em meio com adição de sacarose. O CES deste fungo a partir de bagaço de cana-de-açúcar levou a uma produção máxima de 103 mg L-1 de ácido cítrico em 4 dias sem adição de sacarose ao meio sólido. Da mesma forma, Trichoderma reesei apresentou crescimento em bagaço de cana-deaçúcar, com destaque para a produção de ácido cítrico em torno de 67 mg L-1 com vinhaça bruta em 1 dia. A produção específica de 2,51 mg g-1h-1 em termos de ácido cítrico foi obtida com o consórcio fúngico, superior ao obtido empregando os dois fungos isoladamente. Os ensaios de fermentação etanólica por Saccharomyces cerevisiae a partir do extrato fúngico obtido pelo CES indicaram que é viável a obtenção de um segundo bioproduto, com destaque para o elevado rendimento de glicose em etanol para a condição de extrato obtido a partir de T. reesei sem sacarose em 5 dias. Os resultados da pesquisa indicaram a viabilidade no aproveitamento de dois subprodutos importantes do setor sucroenergético via consórcios microbianos por CES, possibilitando um campo de pesquisas interessante devido aos seus diversos aspectos científicos e regionais.

La levure et la microalgue sont des microorganismes très étudiés pour la production de composés à haute valeur ajoutée pour des secteurs tels que l’agroalimentaire et l’énergie. Ce travail de thèse propose un procédé de culture mixte entre la levure Saccharomyces cerevisiae et la microalgue Chlorella vulgaris pour la croissance des deux espèces tout en limitant le rejet en CO2. Le procédé repose sur la symbiose mutuelle entre les deux organismes autour des échanges de gaz, qui est rendu possible en imposant une co-dominance en termes de population. Les populations doivent être équilibrées pour que les microalgues puissent gérer la production de CO2. Le procédé est réalisé en photo-bioréacteur de 5 litres non-aéré et fermé, afin d’éviter les échanges gazeux avec l’environnement externe. Dans cette configuration, le CO2 est produit sous forme dissoute et directement accessible aux microalgues, évitant les phénomènes de dégazage et de dissolution. Les populations de levures et de microalgues atteignent une concentration égale (20 millions de cellules par ml) au bout de 24 heures de culture, restent stables jusqu’à la fin de la culture (168 heures) et les microalgues recyclent 12% du CO2 produit par les levures. Un modèle cinétique de la levure et de la microalgue en culture mixte est développé en combinant les modèles individuels de la levure et de la microalgue. Le modèle prédictif de la levure prend en compte les possibles voies métaboliques impliquées dans la fermentation et la respiration de ces voies est prédite en y intégrant des facteurs de limitation. Le modèle de la microalgue est basé sur l’activité photosynthétique. Les résultats de ce travail montrent la faisabilité du procédé de culture mixte entre hétérotrophe et autotrophe et pourrait apporter les bases pour le développement d’un procédé écologique à faible impact environnemental. / Yeast and microalgae are microorganisms widely studied for the production of high-value compounds used in food and energy area. This work proposes a process of mixed culture of Saccharomyces cerevisiae and Chlorella vulgaris for both growth and CO2 mitigation. The process relies on mutual symbiosis between the two organisms through gas exchange, which is possible by engineering the co-dominance of populations. The two populations must be balanced in such a way so that microalgae can cope with the rate of CO2 production by the yeast activity. The process is performed in non-aerated 5l-photo-bioreactor fitted with a fermentation lock to prevent gas exchange with the outside atmosphere. With this set-up, the CO2 is produced in dissolved form and is available to the microalgae avoiding degassing and dissolution phenomena. The two organism populations are balanced at approximately 20 millions cells per ml, 12% CO2 produced by yeast was reutilized by microalgae within 168 hours of culture. A yeast and microalgae growth model in mixed culture is developed by combining each individual growth model. The predictive yeast model considers the possible metabolic pathways involved in fermentation and respiration and imposes limitation factors on these pathways, in this manner, the model can predict the partition of these pathways. The microalgae individual model is based on the photosynthetic activity. The results of this work show the feasibility of such process and could provide a basis for the development of a green process of low environmental impact.