Isolamento e caracterização de linhagens de Bacillus e Paenibacillus promotores de crescimento vegetal em lavouras de arroz e trigo do Rio Grande do Sul

Abstract

Bacilos são bactérias aeróbias ou anaeróbias facultativas, Gram positivas ou Gram variáveis, produtoras de endósporos, que lhes conferem resistência ao estresse ambiental. Os gêneros Bacillus e Paenibacillus são os que possuem as espécies reconhecidamente fixadoras de nitrogênio. Outra característica dos bacilos é o grande potencial em produzir substâncias capazes de promover o crescimento vegetal, como hormônios, sideróforos, antibióticos e a capacidade de solubilização de fosfatos. Enquanto múltiplas espécies de bacilos podem ser detectadas nos solos e na rizosfera de várias plantas, muito pouco tem sido feito para estimar a sua diversidade e para indicar quais são as espécies mais comumente isoladas. Dois estudos semelhantes foram conduzidos nesse trabalho, com os seguintes objetivos: i) isolar as espécies de bacilos fixadores de nitrogênio predominantes em diferentes regiões orizícolas e tritícolas do Estado do Rio Grande do Sul, ii) estimar a sua diversidade; e iii) avaliar suas atividades como bactérias promotoras de crescimento de plantas, para utilização como futuros inoculantes. Das espécies que foram identificadas, através do seqüenciamento parcial do gene do RNA ribossomal 16S, as mais comuns foram P. borealis e P. graminis. Para a grande maioria das bactérias isoladas não foi possível a identificação em nível de espécie. Há uma alta probabilidade de que tais bactérias constituam espécies ainda não descritas, mas filogeneticamente muito próximas a P. borealis e P. graminis. Dentre os isolados da rizosfera de arroz e trigo, dois foram descritos como novas espécies neste trabalho: Bacillus oryzae e Paenibacillus riograndensis. Uma característica marcante entre os isolados da rizosfera foi a capacidade destes de produzir grandes quantidades de ácido indol-acético. Poucos isolados, tanto do solo quanto da rizosfera, produziram sideróforos e solubilizaram fosfato. As linhagens selecionadas para experimentos in vivo em casa de vegetação provaram ser muito eficientes na promoção do crescimento de suas plantas hospedeiras. Tais linhagens poderão ser usadas na formulação de novos inoculantes, melhorando o sistema de cultivo em que eles venham a ser aplicados. A identificação e o isolamento de bacilos de solos temperados e subtropicais, que combinem a habilidade de fixar nitrogênio com a produção de substâncias capazes de promover o crescimento vegetal, poderá aumentar significativamente a produtividade das lavouras graníferas no Brasil e no Estado do Rio Grande do Sul, em especial.

Bacilli are aerobic or facultatively anaerobic, Gram positive or variable, endospore-forming bacteria that exhibit resistance to environmental stress. Bacillus and Paenibacillus genera include the best knowing nitrogen-fixing species. Another bacilli characteristic is their great potential in producing substances that promote plant growth by the production of hormones, siderophores and phosphate solubilization. While multiple species of bacilli can be detected in the soils and rhizosphere, scarce research has been carried out to estimate their diversity and indicate the most commonly isolated species. In this work, two similar studies have been conducted with the objectives of: i) isolate the predominant nitrogen-fixing bacilli species from different rice and wheat crops of Rio Grande do Sul State, ii) estimate their diversity, and iii) evaluate their plant growth promoting (PGP) activities in order to use them further as inoculant strains. Among the species that have been identified through partial 16S rRNA gene sequence analysis, P. borealis and P. graminis were the most common species in both locations, soil and rhizosphere. It was not possible to identify the vast majority of isolates at the level of species. There is a high probability that these bacteria constitute species not yet described, but phylogenetically very closely related to P. borealis and P. graminis. Two isolates from rice and wheat rhizospheres were described as new species: Bacillus oryzae and Paenibacillus riograndensis. A remarkable characteristic among isolates of the rhizosphere was their ability to produce high amounts of indole-acetic acid. Few isolates, both from bulk soil and rhizosphere, produced siderophores and/or solubilized phosphates. The strains selected for in vivo experiments in a greenhouse proved to be very effective in promoting the growth of their host plants. Such strains can be used in the formulation of new inoculants, improving the cropping system in which they will be applied. The identification and the isolation of PGP bacilli from temperate and subtropical soils, which combine the ability to fix nitrogen with the production of substances capable of promoting plant growth, could also significantly increase the productivity of grain crops in Brazil and Rio Grande do Sul State in special.