Rizóbios autóctones de áreas de mineração de carvão no crescimento e na microbiota de leguminosas herbáceas empregadas na revegetação de áreas degradadas

Abstract

Historicamente, as atividades relacionadas com a extração e beneficiamento do carvão mineral na região carbonífera catarinense ocasionaram mudanças físicas, químicas e biológicas no solo. Estas modificações resultaram, principalmente, do processo de inversão das camadas do solo tornando difícil o estabelecimento de uma cobertura vegetal nesses locais. As bactérias promotoras do crescimento vegetal têm se mostrado como alternativa eficiente para auxiliar no processo de revegetação. Desse modo, o objetivo do presente trabalho foi caracterizar rizóbios autóctones de áreas de mineração de carvão e avaliar a influência da inoculação destes sobre o crescimento e a microbiota de espécies herbáceas empregadas na recuperação de áreas degradadas. No primeiro capítulo descreve-se sobre a coleta de solo em quatro locais com processos de recuperação em andamento e que variam apenas no tempo de execução (2, 4, 6 e 12 anos), e um área referência onde não existem registros de atividades de mineração. Os solos foram utilizados para o cultivo de dois consórcios Calopogonium mucunoides+Brachiaria decumbens e Vicia sativa+Brachiaria decumbens no intuito de caracterizar as simbioses radiculares por meio da contagem de nódulos, do isolamento de bactérias fixadoras de nitrogênio, da ocorrência micorrízica e da caracterização da estrutura das comunidades bacterianas endofíticas de raízes. Foi observado que as comunidades microbianas presentes em solos com diferentes estágios de recuperação são mais eficientes na promoção do crescimento de plantas no consórcio C. mucunoides + B. decumbens, e esse resultado pode estar associado à capacidade de C. mucunoides de se associar com rizóbios autóctones. No segundo capítulo foi descrito o isolamento, a autenticação e a caracterização morfológica, bioquímica e molecular, assim como a eficiência simbiótica destes rizóbios. O isolado autóctone UFSC-A605, classificado como Pseudomonas sp., apresentou elevada eficiência simbiótica com C. mucunoides em condições controladas utilizando tanto substrato estéril como solo não autoclavado. No terceiro capítulo está contida a avaliação do efeito associado à inoculação de isolados autóctones sobre a microbiota bacteriana endofítica das leguminosas C. mucunoide e V. sativa utilizando técnicas de sequenciamento de nova geração, especificamente, a plataforma MiSeq. Em V. sativa inoculadas houve aumento de representantes do gênero Sideroxydans nas raízes e não detecção de Nocardiopsis nas folhas. Já nas raízes inoculadas de C. mucunoides verificou-se um aumento de representantes do gênero Bradyrhizobium. Estas mudanças não geraram diferenças significativas nos índices de riqueza em ambas as espécies. No entanto, estudos envolvendo as capacidades funcionais das comunidades microbianas no ecossistema se fazem necessários para introduzir a inoculação como uma prática sustentável para a recuperação de áreas degradadas pela mineração de carvão.

Abstract : Historically, the activities related to the extraction and beneficiation of mineral coal in the Santa Catarina coal region caused physical, chemical and biological changes in the soil. These changes resulted mainly from the inversion process of the soil layers making it difficult to establish a vegetation cover at these sites. Plant growth promoting bacteria have been shown to be an efficient alternative to assist in the revegetation process of those areas. Thus, the objective of the present work was to characterize indigenous rhizobia of coal mining areas and to evaluate the influence of their inoculation on the growth and microbiota of herbaceous species used in the recovery of degraded areas. The first chapter describes the soil collection in four sites under recovery and varying only in execution time (2, 4, 6 and 12 years). The soils were used for the cultivation of two consortiua Calopogonium mucunoides + Brachiaria decumbens and Vicia sativa + Brachiaria decumbens in order to characterize the root symbioses by means of nodule counting, isolation of nitrogen-fixing bacteria, mycorrhizal occurrence and characterization of structures belonging to endophytic bacteria in the roots. It was observed that the microbial communities present in soils with different stages of recovery are more efficient in promoting the growth of plants in the C. mucunoides + B. decumbens consortium, and this result may be associated to the fact that C. mucunoides associates with autochthonous rhizobia in the soil. The second chapter describes the isolation, authentication and morphological, biochemical and molecular characterization, as well as the symbiotic efficiency determination of those isolated rhizobia. The autochthonous isolate UFSC-A605, classified as Pseudomonas sp., showed high symbiotic efficiency with C. mucunoides under controlled conditions using both sterile and non-autoclaved soil. In the third chapter the evaluation of the effect associated with the inoculation of native isolates on the endophytic bacterial microbiota of the legumes C. mucunoides and V. sativa using the new generation sequencing techniques, specifically the MiSeq platform, is contained. In V. sativa inoculated there was increase of representatives from the genus Sideroxydans in the roots and no detection of Nocardiopsis in the leaves. In the inoculated roots of C. mucunoides there was an increase of representatives from the genus Bradyrhizobium. These changes did not generate significant differences in richness for both plant species. However, studies involving the functional capabilities of microbial communities in the ecosystem are needed to introduce inoculation as a sustainable practice for the recovery of areas degraded by coal mining.