Bactérias Promotoras de Crescimento em Plantas (BPCPs)

UNIVERSIDADE FEDERAL RURAL DE PERNAMBUCO
PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIAS DO SOLO
SEMINÁRIO II EM CIÊNCIAS DO SOLO
BACTÉRIAS PROMOTORAS DE
CRESCIMENTO EM PLANTAS
MESTRANDA: BSc. Cybelle Souza de Oliveira
ORIENTADORA: Profª.Drª. Márcia V. B. Figueiredo
Recife / Novembro / 2009
Bactérias Promotoras de Crescimento em Plantas (BPCPs)
As bactérias promotoras do crescimento de plantas
(BPCPs) encontram-se em habitats naturais colonizando de forma
interna e externa órgãos de plantas e podem ser benéficas,
neutras ou prejudiciais ao seu crescimento.
(Mariano et al., 2004)
Quais os principais efeitos
observados na promoção de
crescimento de plantas???
Aumentar:
Taxa de germinação
Crescimento das raízes
Crescimento do colmo ou caule
Número de folhas e área foliar
Crescimento de tubérculos
Número de flores e rendimento
Produção de grãos e frutos
Assim, como exemplo dos efeitos de BPCPs na
produtividade, podemos citar aumentos de 33% na
produção de ervilha e de até 150% em plantas de
rabanete com inoculação de Pseudomonas spp.
(Parke et al., 1991; Kloepper & Schorth, 1981)
Bactérias Promotoras de Crescimento em Plantas (BPCPs)
Os principais grupos de BPCPs podem ser encontrados nos Filos:
Proteobacteria
Firmicutes
Actinobacteria
Bacteroidetes
Cyanobacteria
Bactérias Promotoras de Crescimento em Plantas (BPCPs)
Filo Proteobacteria
Bactérias Gram- negativas com parede celular formada principalmente
de lipopolissacarídeos.
Muitas movem-se utilizando flagelos.
A
A maioria das proteobactérias são anaeróbias.
Incluem uma grande variedade de agentes patogênicos, como
Escherichia, Salmonella e Helicobacter.
A nutrição normalmente é heterotrófica, mas existem dois grupos que
realizam fotossíntese, denominadas bactérias púrpureas.
- As bactérias púrpuras sulfurosas
- As bactérias púrpuras não-sulfurosas
(Madigan & Martinko, 2004)
Bactérias Promotoras de Crescimento em Plantas (BPCPs)
Proteobacteria alfa
A maioria dos gêneros fototróficos, mas também incluem gêneros
simbiontes de plantas.
Ex: Acetobacter, Rhodobacter e Rhizobium.
Acetobacter
Rhodobacter
Rhizobium
(Madigan & Martinko, 2004)
Bactérias Promotoras de Crescimento em Plantas (BPCPs)
Proteobacteria beta
Incluem vários grupos de bactérias aeróbias ou facultativas que são
versáteis nas suas capacidade de degradação.
Ex: Nitrosomonas.
Algumas espécies patogênicas são encontradas dentro desta classe,
como Burkholderia e Ralstonia.
R. taiwanesis
B. tuberum
(Madigan & Martinko, 2004)
Bactérias Promotoras de Crescimento em Plantas (BPCPs)
Proteobacteria gama
Incluem vários grupos de bactérias importantes para a ciência, tais
como as Enterobacteriaceae e Pseudomonadaceae. E alguns agentes
patogênicos, como Salmonella e Vibrio.
Enterobacter
Pseudomonas
(Madigan & Martinko, 2004)
Bactérias Promotoras de Crescimento em Plantas (BPCPs)
Proteobacteria delta
Incluem um grupo de gêneros predominantemente aeróbios, e um
grupo estreitamente anaeróbios que contêm a maior parte das bactérias
redutoras de:
- Sulfato (Desulfobacter, Desulfovibrio)
- Ferro (Geobacter)
(Madigan & Martinko, 2004)
Bactérias Promotoras de Crescimento em Plantas (BPCPs)
Proteobacteria ípsilon
São constituídas por poucos gêneros, principalmente Helicobacter
(patógeno do duodeno) e Campylobacter (patógeno do estômago).
Campylobacter
Helicobacter
(Madigan & Martinko, 2004)
Bactérias Promotoras de Crescimento em Plantas (BPCPs)
Filo Firmicutes
A maioria das bactérias Gram-positivas.
Têm a forma de cocos e bacilos.
Muitos membros produzem endósporos.
Bacillus subtilis
(Borenstein, 2006)
Bactérias Promotoras de Crescimento em Plantas (BPCPs)
Filo Actinobacteria
Bactérias Gram-positivas conhecidas como actinomicetos ou
actinobactérias.
Têm organização filamentosa, muitas vezes ramificada.
Ocorrem amplamente no solo, onde desempenham relevante
papel
biológico.
Especialmente
representantes
do
gênero
Streptomyces por produzirem antibióticos.
Os representantes do gênero Frankia que vivem em simbiose
com as raízes de plantas superiores (por exemplo, Casuarina sp.).
(Borenstein, 2006)
Streptomyces
Frankia
Bactérias Promotoras de Crescimento em Plantas (BPCPs)
Filo Bacteroidetes
Engloba três grandes grupos
- Bacteroides
- Flavobactérias (São bactérias Gram-negativa em sua grande
parte. Vive no habitat terrestre, sendo encontrada também na água).
- Sphingobactérias
Bactérias Promotoras de Crescimento em Plantas (BPCPs)
Filo Cyanobacteria
Inclui as algas azuis, são organismos aquáticos, unicelulares,
procariontes e fotossintéticos.
Forma de cocos, bastonetes, filamentos ou pseudofilamentos.
É uma das principais provedoras de nitrogênio para as cadeias
tróficas dos mares, sendo ainda de utilidade para a alimentação
humana.
Anaboena
(Madigan & Martinko, 2004)
Substâncias Reguladoras de Crescimento em Plantas
(SRCPs)
São
compostos
orgânicos
de
ocorrência
natural
que
influenciam processos fisiológicos nas plantas em concentrações
muito abaixo daquelas nas quais os nutrientes ou vitaminas
podem afetar tais processos.
(Moreira & Siqueira, 2006)
Substâncias Reguladoras de Crescimento em Plantas
(SRCP)
Fatores que interferem a síntese de SRCP
- pH
- Temperatura
- Disponibilidade de nutrientes
Rizosfera
- Composição de substrato
- Quantidade do substrato
(Moreira & Siqueira, 2006)
Bactérias Promotoras de Crescimento em Plantas (BPCPs)
CO2
VEGETAL
SOLO ESTÉRIL
(5 - 8% do CO2)
SOLO
NÃO ESTÉRIL
(12 - 18% do CO2)
(Barber & Martin, 1976)
Bactérias Promotoras de Crescimento em Plantas (BPCPs)
Mecanismo de atuação de forma direta
Produção de fitormônios
Inibição da síntese do etileno
Disponibilidade de nutrientes
Mecanismo de atuação de forma indireta
Supressão de microrganismos deletérios e/ou patogênicos
- Antibiose
- Parasitismo
- Produção de compostos voláteis tóxicos
- Indução de resistência
(Cunha, 2005)
Mecanismos de Atuação Direta
Produção de fitormônios
Auxinas
Iniciação de Raízes Laterais
e Adventícias
Alongamento Radicular
Ácido Indol Acético (AIA)
Pseudomonas fluorescens
Groselheira-preta
Burkholderia cepacia
Cana-de-açúcar
(Cunha, 2005; Dubeikovsky et al. 1993; Mendes et al., 2007)
Tabela 1. Bactérias produtoras de fitormônios
Organismo
Fitormônio
Referências
Azotobacter sp.
Giberelina
AIA
El-Bahrawy, 1983
Mahmoud et al., 1984
Pseudomonas
Fluorescens
Giberelina
AIA
Citocinina
Hussain & Vancura, 1970
Hussain & Vancura, 1970
Nieto & Frankenberg, 1989a.
Rhizobium phaseoli
Citocinina
Puppo & Rigand, 1978
Arthobacter sp.
Giberelina
AIA
Citocinina
Strzelczyk & PokojskaBurdziej, 1984
Kampert & Stozelczyk, 1984
Bacillus sp.
Giberelina
Katznelson & Cole, 1965
Pseudomonas sp.
AIA
Brown, 1972
(Adaptado de Melo & Azevedo, 1998)
Mecanismos de Atuação Direta
Inibição da Síntese do Etileno
Etileno
Acúmulo de Etileno
Microrganismos
Induz o enraizamento de várias espécies
Inibe elongação das raízes formadas
( )Níveis de Etileno
(Cunha, 2005 )
Mecanismos de Atuação Direta
Disponibilidade de Nutrientes
Nitrogênio
Ferro
Fósforo
(Rodríguez & Fraga, 1999Glick, 1995; Leong, 1986; Cunha, 2005 )
Solubilização do fosfato
Sideróforo
Mecanismos de Atuação Direta
Tabela 2. Influência da presença de microrganismos na absorção de
nutrientes pelas plantas
Quantidade
Planta/condições
absorvida
N total parte
Centeio / Hidroponia
aérea (µg/pl)
- 10-5 M KNO3
P total parte
Tomateiro / Hidroponia
Aérea(10-3 mol/pl)
Com 32P / Planta
K total
Milho em solo com
(mg K2O/pl)
silicato de potássio
Microrganismo
Efeito
Presente Ausente
microbiano (%)
76,9
31,5
+ 144
27,0
9,0
+ 200
1507,0
620,0
+ 143
(Adaptado de Moreira & Siqueira, 2006)
Mecanismos de Atuação Indireta
Supressão de microrganismos deletérios e/ou patogênicos
(Antibiose):
Compostos orgânicos que possuem baixo peso molecular e
grande diversidade química produzidos por microrganismos e que,
em baixas concentrações, atuam como deletérios ao metabolismo
de outros organismos.
Antibiose
( ) Sobrevivência e Colonização
(Fravel, 1988)
Mecanismos de Atuação Indireta
Burkholderia cepacia x Fusarium moniliforme
(Mendes et al., 2007)
Mecanismos de Atuação Indireta
Supressão de microrganismos deletérios e/ou patogênicos
(Parasitismo):
Bactérias
Enzimas
c
v
Células fúngicas
Quitinase;
Gluconase;
Protease;
Lipase.
Azospirillum sp.
Podridão por Rhizoctonia ( )
Pseudomonas fluorescens
(Chet & Inbar, 1994)
Mecanismos de Atuação Indireta
Supressão de microrganismos deletérios e/ou patogênicos
(Produção de compostos voláteis tóxicos):
- Amônia
- Ácido Cianídrico
Controle Biológico
Pseudomonas fluorescens x Thielaviopsis sp.
- Pode atuar promovendo o desenvolvimento de pêlos
radiculares.
(Défago et al., 1990; Luz, 1996)
Mecanismos de Atuação Indireta
Supressão de microrganismos deletérios e/ou patogênicos
(Indução de resistência):
O aumento da capacidade de defesa da planta contra
diversos patógenos após estimulação apropriada, tornando-o mais
resistente.
A indução de resistência sistêmica está diretamente ligada a
alterações bioquímicas e estruturais na planta. Ex: Inoculação
prévia com patógenos avirulentos, componentes microbianos e
substâncias químicas.
(Ramamoorthy et al., 2001; Araújo, 2001; Kuc, 1995)
Mecanismos de Atuação Indireta
- Disponibilidade de Nutrientes
- Controle Biológico
- Antibiose
Indução de
Resistência
- Parasitismo
(Pascholati & Leite, 1995; Saikia et al., 2004)
Mecanismos de Atuação Indireta
Burkholderia cepacia x Fusarium moniliforme
(Mendes et al., 2007)
Mecanismos de Atuação Indireta
Indução de Resistência
Eucalipto (Teixeira et al., 2004)
Arroz (Saikia et al., 2006)
Pseudomonas
Tomate (Ramamoorthy et al., 2002)
Pimenta (Ramamoorthy et al., 2002)
Pepino (Wei et al., 1991)
Pinus (Enebak & Carey, 2000)
Bacillus
Milheto (Raj et al., 2003)
Soja (Araujo, Henning & Hungria, 2005)
Considerações Finais
A ciclagem de nutrientes, a fixação biológica de
nitrogênio e a solubilização de rochas fosfatadas são alguns
exemplos de processos microbiológicos naturais que garantem
o potencial produtivo do solo.
Diante disto, as BPCPs serão provavelmente uma das
táticas mais importante para a atualidade mundial, visto que são
almejadas e rastreadas para uma possível aplicação em campo,
objetivando o aumento da produtividade agrícola, e diminuindo
cada vez mais a dependência de fertilizantes químicos.
OBRIGADA!!!