A combinação de promoção de crescimento de múltiplas plantas e rizobactérias produtoras de enzimas hidrolíticas e seu efeito na melhoria do crescimento da alcachofra de Jerusalém

Scientific Reports volume 13, Número do artigo: 5917 (2023) Citar este artigo

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As rizobactérias são bem reconhecidas por suas multifunções benéficas como principais promotores do desenvolvimento das plantas, suprimindo patógenos e melhorando a saúde do solo. Neste estudo, os experimentos se concentraram na caracterização das características de promoção do crescimento vegetal (PGP) e produção de hidrolase extracelular de rizobactérias e seu impacto no crescimento da alcachofra de Jerusalém. Um total de 50 isolados provou ser capaz de produzir PGP direto ou características produtoras de hidrolase. Duas linhagens promissoras (Enterobacter cloacae S81 e Pseudomonas azotoformans C2-114) mostraram potencial na solubilização de fosfato e potássio, produção de IAA e atividade de desaminase e hidrolase do ácido 1-aminociclopropano-1-carboxílico. Uma cepa produtora de hidrolase (Bacillus subtilis S42) foi capaz de gerar celulase, protease, amilase, β-glicosidase e fosfatase. Essas três cepas selecionadas também deram resultados positivos para características PGP indiretas, como sideróforo, amônia, oxalato oxidase, poliamina, exopolissacarídeo, biofilme, motilidade e tolerância à salinidade e estresse hídrico. A colonização foi observada usando um microscópio eletrônico de varredura e rizobactérias apareceram na superfície da raiz. Curiosamente, a inoculação com cepas consorciadas (S42, S81 e C2-114) aumentou significativamente todos os parâmetros da planta, incluindo altura, biomassa, raiz (comprimento, superfície, diâmetro e volume) e massa fresca do tubérculo. Portanto, recomendamos que potenciais consórcios de PGP e rizobactérias produtoras de hidrolase sejam empregados como biofertilizante para melhorar o solo e aumentar a produtividade das culturas.

A alcachofra de Jerusalém, comumente conhecida como sunchoke (Helianthus tuberosus L.), é uma das culturas mais rentáveis ​​devido à ampla aplicação de seu tubérculo1,2. O tubérculo é rico em inulina, um tipo de prebiótico que promove o crescimento de microorganismos benéficos no cólon e reduz o colesterol, o açúcar no sangue e o risco de inflamação do cólon em humanos e animais3. Na indústria do bioetanol, o tubérculo sunchoke é considerado um potencial material alternativo para a produção de etanol, semelhante ao milho em grão, cana-de-açúcar e mandioca, devido à sua rápida colheita4. Além disso, substâncias bioativas encontradas nas folhas e flores funcionam como antibióticos, anti-inflamatórios e antioxidantes1. A planta tem implicações significativas para os setores agrícola, de produção de alimentos, bioenergia e farmacêutico. Na Tailândia, vários genótipos foram desenvolvidos com sucesso em plantações adequadas para alto rendimento5,6. No entanto, a alta produtividade dessa cultura é promovida pela utilização de altas doses de fertilizantes sintéticos1. O uso de fertilizantes químicos causa desequilíbrio de nutrientes nos solos e leva à poluição ambiental1,7. Portanto, é crucial alcançar práticas agrícolas sustentáveis ​​e proteger o ecossistema de danos.

A aplicação de micróbios úteis é um método ecológico que facilita a produtividade das culturas e a manutenção do solo. Os micróbios benéficos têm duas estratégias para promoção direta e indireta da produtividade vegetal, respectivamente promoção do crescimento vegetal (PGP) e supressão de fitopatógenos8. Microrganismos promotores do crescimento vegetal (PGPM) desempenham um papel no aumento do crescimento vegetal com várias características reconhecidas: fixação de gás nitrogênio; fornecendo formas inorgânicas solúveis de fosfato, potássio, zine e silício; e síntese de hormônios vegetais, como citocinina, giberelina e ácido indol-3-acético (IAA)8, que têm fortes efeitos na superfície radicular e no alongamento9. PGPM pode produzir atividade desaminase do ácido 1-aminociclopropano-1-carboxílico (ACC) que diminui os níveis de etileno, o que ajuda as plantas a tolerar estressores bióticos e abióticos10. Além disso, vários mecanismos indiretos, incluindo oxidação de enxofre e produção de moléculas sinalizadoras de bactéria para planta (ou seja, oligossacarídeos, peptídeos), contribuem para as características de promoção do crescimento de rizobactérias PGP em plantas11. A hidrolase liberada pela rizobactéria PGP tem papéis multifacetados; além de suprimir patógenos, também degrada a matéria orgânica e faz circular os nutrientes do solo na zona da rizosfera12,13,14. Hidrolases como celulase, protease, amilase de bactérias são catalisadores mais eficazes12,13. A celulase, a amilase e a β-glucosidase estão ligadas à rotação do carbono orgânico cíclico, que é usado por plantas e microrganismos como fonte de nutrição. A enzima celulase transforma a celulose da matéria orgânica em celobiose, glicose e oligossacarídeo15. A amilase converte o amido em oligossacarídeos e maltose, enquanto a β-glicosidase converte a celobiose em glicose. A β-glicosidase e a fosfatase são empregadas como indicadores de qualidade do solo15. A saúde do solo pode depender dessas funções expressas pelas habilidades dos micróbios no solo. Portanto, é importante encontrar uma nova bactéria PGP que possa ser usada como bioinoculante com múltiplas características para potenciais inoculantes no desenvolvimento de melhoria do crescimento vegetal, biocontrole e restauração do solo.