Impacto do uso de Rhizobium no
rendimento de feijão-caupi
• Embrapa Agrobiologia
(Seropédica, RJ)
– Norma Gouvêa Rumjanek
– Gustavo Ribeiro Xavier
• UNEB (Juazeiros, BA)
– Lindete Miria Vieira Martins
• UFRPE (Recife, PE)
– Carolina Etienne dos Santos
• UFERSA (Mossoró, RN)
– Claudia Miranda Martins
CONAC
Mini-curso
Teresina, PI
22 a 24/5/2006
Agrobiologia
Programa
23/5
Introdução à FBN, nodulação, especificidade da simbiose,
diversidade do rizóbio – Norma G. Rumjanek
Inoculante, normas técnicas, RELARE – Gustavo R. Xavier
24/5
Como se seleciona uma estirpe de rizóbio para ser utilizada
como inoculante – Norma G. Rumjanek
Perspectivas futuras, pesquisa participativa, novos veículos –
Gustavo R. Xavier
Fixação Biológica de Nitrogênio
Norma Gouvêa Rumjanek
Uma breve introdução...
Alimentação humana
Gramíneas: arroz, trigo, milho, sorgo, cevada...
Leguminosas: soja, amendoim, feijão...
Leguminosas
 alto teor protéico, 2 a 3 vezes maior do que os cereais
 algumas leguminosas, soja e amendoim, também alto teor de óleo
 leguminosas estão dispersas em todo o planeta, porém é mais comum em
áreas tropicais e sub-tropicais
teor de proteína
X
disponibilidade de N
solo
-em pequenas concentrações
-nem sempre prontamente disponível
-exceto quando há alto teor de MO
atmosfera
N2
78%
O2
21%
CO2
0,03%
Eucariotos: plantas, animais e seres humanos não
conseguem fixar o N2
Procariotos: possuem a enzima, nitrogenase que reduz o
N2 produzindo amônia
Fixação Biológica de Nitrogênio
O N2 é a maior fonte de N disponível
produzir N combinado a partir de N2
contribui para o desenvolvimento vegetal e para a
fertilidade do solo
Reação de redução do N2 atmosférico
pela nitrogenase
N
N
ATP, Mg
N2 + 8e + 8H+
2NH3 + H2
nitrogenase
ATP + H2O
hidrogenase
ATP
N2
NH4+ + H2
nitrogenase
Fenótipo em soja
Hup+
maior eficiência simbiótica
menor competitividade
Hup-
menor eficiência simbiótica
maior competitividade
Controle do oxigênio
•Nitrogenase é sensível ao oxigênio – dificuldade de
purificação
•Aporte de elétrons e ATPs
Interior do
nódulo
Presença de leghemoglobina
Produção de exopolissacarídeos
Rizóbio dentro de um nódulo
Cada nódulo tem cerca de 109 células
bacterianas
Microscópio de varredura
Nódulos ativos e novos
Presença de leghemoglobina
Lupa
Rizóbio no solo envolto por uma cápsula de exopolissacarídeo, que
protege a célula contra a dessecação. Também facilita a aderência à
superfície da raiz.
Microscopia de transmissão: Frank Dazzo (obtida de homepage)
Nódulos em raízes de Vicia faba, de acordo com
ilustração de Malpighi (1679)
?
Patógeno radicular
Identificação do rizóbio - primeiros passos
1879 - Frank: mostrou que sementes de leguminosas
cultivadas em solos esterilizados não formavam nódulos
1886 a 1888 - Hellriegel: realizou experimentos em áreas
com pouco nitrogênio
leguminosas: bom desenvolvimento
outras famílias: desenvolvimento ruim
Conclusão: as leguminosas poderiam estar aproveitando o
N2 da atmosfera
1887 - Ward: usou nódulos macerados para inocular
sementes de leguminosas cultivadas em solos esterilizados
1888 - Beijerinck: isolamento e purificação
da bactéria presente no nódulo
Simbiose
• relação benéfica para ambos os organismos;
planta: recebe N para o seu crescimento
bacteróide: tem um nicho protegido, rico em nutrientes
(cerca de 30% do C fixado pela fotossíntese é
exudado pela raiz).
• simbiose leguminosa x rizóbio: é um dos
melhores exemplos e também um dos mais bem
estudados;
Como é
formado
o nódulo…
raiz de leguminosa
1. encurvamento do
pelo radicular
2. formação do cordão de
infecção
3. divisão de células do
córtex radicular
exudato radicular
lipoquitooligossacarídeo
flavonóides
proteína Nod D
lipoquito
oligossacarídeo
genes nod
rizóbio
Formação do nódulo
Efeito
rizosfera
Encurvamento
do pelo
radicular
Formação do
nódulo
12 m
2m
Células de Rhizobium trifolii aderidas à superfície da
ponta da raiz de trevo
Foto: Frank Dazzo (obtida de homepage)
Rhizobium trifolii aderidos à superfície da raiz de trevo.
Formação de uma rede de microfibrilas
(celulose/exopolissacarídeos)
Foto: Frank Dazzo (obtida de homepage)
Efeito de fatores de nodulação em raiz de siratro
controle
R. leguminosarum
B. japonicum
R. meliloti
R. leguminosarum
B. japonicum
Microscopia de varredura de uma célula infectada
de Vicia faba, mostrando bacteróides alongados
(Sprent, 1979)
Microscopia eletrônica de transmissão de células de
Glycine max contendo bacteródies ativos
Nodulação em espécies não-leguminosas promovidas
por actinomicetos do gênero Frankia
Microscopia de varredura de nódulo
de Myrica Células infectadas
Nódulos radiculares
nódulos radiculares
nódulos caulinares
crescimento determinado
crescimento indeterminado
nódulos
caulinares
nódulos
radiculares
Nódulos
caulinares de
Sesbania rostrata
Fixação Biológica de Nitrogênio
inoculado
não inoculado
inoculado
não inoculado
Siratro cultivado em condições estéreis
Quantificação da FBN em caupi
kg N fixado.ha
73-354
9-51
3,5
-
-1
N fixado
% do N total da planta
83-89
90
66
42-72
Referência
Nutman (1976)
Boddey et al. (1989)
Watanabe et al. (1990)
Eaglesham et al. (1977)
Minchin & Summerfield (1978)
Ofori et al. (1987)
Ankomah et al. (1996)
Especificidade na interação da
leguminosa com bactérias do grupo
“rizóbio”
Rizóbio tropical
• Altamente diverso;
• estirpes de crescimento lento;
• reconhecem um grande número de hospedeiros;
raiz de
leguminosa
*
*
flavonóides
lipoquitooligossacarídeos
*
*
rizóbio
Teste de inoculação cruzada
100
nodulação eficaz
60
nodulação ineficaz
40
nodulação não observada
20
i
o
ca
up
m
ch
yn
o
A
es
si
ra
tr
e
en
s
he
an
t
St
yl
os
en
do
im
0
am
% de isolados
80
Carolina E. Santos
Esquema de inoculação cruzada
Nod em
amendoim e
siratro
Nod em
Stylosanthes
Isolados de
S.guianensis
Isolados de
amendoim
Nod em
caupi
Isolados de A.
americana
Nod em
Aeschynomene
Carolina E. Santos
Dendrograma de estirpes de rizóbio de acordo com
resultado de inoculação cruzada
Am-
Aes+
Si-
Si+
Am+
Aes+
Ca+
Ca+
Am-
St+
Estirpes isoladas de
nódulos de
Aeschynomene
Estirpes isoladas de
nódulos de amendoim
Estirpes isolada de
nódulo de
Aeschynomene
Estirpes isoladas de
nódulos de Stylosanthes
Si+
Ca+
Competividade entre estirpes de
rizóbio tropical
Produção de bacteriocina em meio de cultura
BR33
B.japonicum
BR29
B.elkanii
Taxa de ocupação em nódulo de caupi
por 3 estirpes utilizadas como inoculante
Brasil
Nigéria
EUA
Gustavo R. Xavier
Diversidade do rizóbio tropical
Família Rhizobiaceae
~ Bergey´s manual 1984 ~
Rizóbio (rhiza: raiz e bios: vida – o que vive na raiz)
1) Células estimulam a formação de nódulos em raízes de leguminosas. Quando em
simbiose reduzem N2 atmosférico
2 gêneros classificados:
•
Rhizobium (Frank 1889) - crescimento rápido em meio com manitol/extrato
de levedura, geralmente nodulam leguminosas temperadas, reação ácida no
meio. Teor G+C: 59-64
•
Bradyrhizobium (Jordan 1982) - crescimento lento em meio com
manitol/extrato de levedura, geralmente nodulam leguminosas tropicais,
reação alcalina no meio. Teor G+C: 61-65
2) Células não causam a formação de nódulos nas raízes mas a maioria das spp
produzem outros tipos de hipertrofia em várias plantas. Não fixam nitrogênio
Rhizobium (Frank 1889)
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Bastonetes. Geralmente contém grânulos de Poli-B-hidroxibutirato
Não forma esporo
Gram-negativa
Motilidade através de 1 flagelo polar ou subpolar ou vários ao redor da célula
Aerobiose
Capaz de crescer em microaerofilia
Colônias são circulares, convexas, semi-translúcidas, produtoras de muco
Utilizam uma faixa ampla de fontes de carbono
Produção de muco abundante em meio contendo carboidrato
Reação ácida quando cresce em manitol ou outros carboidratos
Fonte de N: sais de amônio, nitrato e a maioria dos aminoácidos
São capazes de formar nódulos com leguminosas de clima temperado e algumas de clima
tropical
Nos nódulos, assume formas pleomórficas (bacteróides)
Bradyrhizobium (Jordan 1982)
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Bastonetes. Geralmente contém grânulos de Poli-B-hidroxibutirato
Não forma esporo
Gram-negativa
Motilidade através de 1 flagelo polar ou subpolar
Aeróbico
Capaz de crescer em microaerofilia
Colônias são circulares, convexas, opacas, produtoras de muco
Utilizam uma faixa ampla de fontes de carbono
Produção de muco abundante em meio contendo carboidrato
Reação alcalina quando cresce em manitol ou em outros carboidratos
Fonte de N: sais de amônio, nitrato e alguns aminoácidos
São capazes de formar nódulos com leguminosas de clima tropical e algumas de clima
temperado
Nos nódulos, assume formas pleomórficas (bacteróides)
Estirpes de
rizóbio isoladas
de nódulos de
caupi cultivado
em amostras de
solo do
Nordeste do
Brasil
Rhizobium
Sinorhizobium
Azorhizobium
Bradyrhizobium
japonicum
BR 2001
Isolados de nódulos de amendoim
Rhizobium
Sinorhiz.
Mesorhiz.
sem similaridad
com spp
descritas
Bradyrhiz.
Azorhiz.
1 dia
St Ar a
yl
c
os hi
A
s
es
a
ch nth s p
p
yn
e
om s s
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e
sp
p
100
St Ar a
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St Ar a
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om
s
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e
sp
p
% de isolados
Alteração do pH do meio de cultura por
estirpes de rizóbio
2 dias
>2 dias
80
60
reção ácida
40
reação alcalina
20
0
Composição dos grupos de rizóbio isolados de nódulos
radiculares de gêneros da tribo Aeschynomeneae
50
*
40
30
*
*
%
20
10
0
Arachis spp
Stylosanthes spp
Aeschynomene spp
Riqueza de grupos de rizóbio isolados
de nódulos radiculares
7
6
5
Índice de
Margalef
S-1/logN
4
3
2
1
0
x
a
s
a
a
ea
na
si
tri
br
at
rp
l
a
a
n
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A
a
m
o
S
h
p
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gu
vil
.
.
.
A.
.
A
A
S
A
Espécies da tribo Aeschynomeneae
Riqueza de grupos de rizóbio isolados
de nódulos radiculares de
cultivares de amendoim
Índice de
Margalef
S-1/logN
Obrigado!!!
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