Interactions among arbuscular mycorrhiza, rhizobacteria, phosphorus and silicon on manganese toxicity display in soybean.

A atenuação da toxidez de Mn é relativamente freqüente em plantas micorrizadas. Nesse trabalho, testaram-se três hipóteses para avaliar os efeitos da micorrização sobre a manifestação da toxidez de Mn: 1) A micorrização altera a comunidade microbiana oxidante e redutora de Mn no solo, o que reflete na sua disponibilidade; 2) A micorrização propicia maior absorção de Si pela planta, o qual atenua a toxidez de Mn; 3) O maior desenvolvimento das plantas micorrizadas atenua a toxidez de Mn pelo efeito diluição. Conduziram-se cinco experimentos, empregando-se a cultivar de soja IAC-8 e, como substrato, solos classificados como NEOSSOLO QUARTZARÊNICO típico ou NITOSSOLO VERMELHO Eutroférrico típico, autoclavados para eliminar a comunidade microbiana nativa. Num experimento preliminar foi selecionada a espécie de fungo micorrízico arbuscular (FMA) G. etunicatum, eficiente em promover o crescimento da soja nos dois solos, com efeitos mais evidentes entre 9 e 12 semanas. Nesse experimento, a espécie G. macrocarpum no substrato argiloso agravou os sintomas de toxidez de Mn e foi utilizada nos experimentos posteriores para se investigar esse comportamento. No segundo experimento, G. etunicatum atenuou a toxidez de Mn em plantas que receberam doses crescentes de Mn no substrato, simultaneamente com a diminuição da deposição de calose (b-1,3-glucana) nas folhas mais novas. Houve aumento dos teores de Si nas raízes das plantas micorrizadas. No terceiro experimento, a micorrização, sem ou com o restabelecimento da comunidade microbiana nativa, aumentou o crescimento das plantas e diminuiu a toxidez de Mn, mais intensamente nos tratamentos com o restabelecimento da comunidade microbiana. Isso coincidiu com menores concentrações de Mn nas raízes e parte aérea e menor disponibilidade no substrato; comportamento semelhante foi observado para Fe na parte aérea. Bactérias redutoras e oxidantes de Mn foram isoladas e identificadas por meio de seqüenciamento da região 16S do rDNA. Dentre as redutoras, a maioria pertenceu ao gênero Streptomyces e uma ao gênero Variovorax. As oxidantes agruparam-se em três clusters dos gêneros Arthrobacter, Variovorax e Ralstonia. No quarto experimento, plantas de soja micorrizadas foram comparadas com plantas não micorrizadas que receberam dose extra de P, com a finalidade de obter plantas micorrizadas e não micorrizadas com biomassas semelhantes, eliminando-se o efeito diluição. As plantas micorrizadas apresentaram maior atenuação da toxidez de Mn em relação àquelas que receberam dose extra de P, mesmo com biomassas semelhantes. Nesse caso, as plantas micorrizadas apresentaram menores concentrações de Mn na parte aérea e raízes. No último experimento, novamente as plantas micorrizadas apresentaram atenuação da toxidez de Mn e diminuição da sua concentração na parte aérea quando cultivadas no substrato argiloso com alta disponibilidade natural de Mn. A colonização radicular pelos FMA correlacionou-se negativamente com os teores de Mn na parte aérea e raízes. O número de unidades formadoras de colônias (UFC) de bactérias oxidantes de Mn correlacionou-se negativamente com a disponibilidade de Fe e Mn no substrato, já o número UFC de bactérias redutoras de Mn correlacionou-se positivamente. Essas observações indicam que as disponibilidades do Fe e Mn nesse substrato estão sob influência da atividade biológica.The attenuation of Mn toxicity is relatively frequent in mycorrhizal plants. In this work, three hypotheses were tested to evaluate the effects of mycorrhiza on the manifestation of Mn toxicity: 1) Mycorrhiza alters the Mn oxidizing and reducing microbial community in the soil, modifying its availability; 2) Mycorrhiza propitiates larger absorption of Si by the plant, which lessens the Mn toxicity; 3) The growth increase of mycorrhizal plants results in lower Mn toxicity due to the dilution effect. Five experiments were carried out, in which the soybean cultivar IAC-8 was used as test plant. As substratum we used soils classified as Typic Rhodudalf or Typic Quartzipsamment, autoclaved to eliminate the native microbial community. In a preliminary experiment the arbuscular mycorrhizal fungus (AMF) G. etunicatum was selected as effective in plant growth promotion in the two soils, with greater effects between 9 and 12 weeks after sowing. In this experiment, the species G. macrocarpum increased the Mn toxicity symptoms in the clay soil. Therefore this AMF was used in the subsequent experiments to investigate the causes of this behavior. In the second experiment G. etunicatum lessened the Mn toxicity in plants cultivated in substratum that received increasing doses of Mn, that also showed a decrease of callose (b-1,3-glucan) deposition in the youngest leaves. There was also an increase of Si concentrations in the roots of the mycorrhizal plants. In the third experiment, mycorrhiza, in combination or not with the reestablishment of the native microbial community, increased plant growth and reduced Mn toxicity more intensively in the treatments in which the microbial community was reestablished. That coincided with smaller concentrations of Mn in the roots and shoots of the plants and lower availability in the substratum; a similar behavior was observed for Fe in the shoots. Manganese reducing and oxidizing bacteria were isolated and identified by sequencing the 16S rDNA. Among the Mn reducers, most belonged to the genus Streptomyces and one to the genus Variovorax. The oxidizers were grouped in three clusters of the genera Arthrobacter, Variovorax and Ralstonia. In the fourth experiment, mycorrhizal soybean plants were compared with non-mycorrhizal ones that received an extra dose of P, with the purpose of obtaining mycorrhizal and non- mycorrhizal plants with a similar biomass, eliminating the dilution effect. Mycorrhizal plants presented greater Mn toxicity attenuation in relation to those that received extra P, even with similar biomasses. In that case, the mycorrhizal plants presented smaller Mn concentrations in the shoots and roots. In the last experiment, mycorrhizal plants once more presented attenuation of Mn toxicity and decrease of Mn concentration in the shoots when cultivated in the clay substratum with high Mn availability. Mycorrhizal root colonization correlated negatively root and shoot Mn concentrations. The number of colony forming units (CFU) of Mn oxidizing bacteria correlated negatively with the availability of Fe and Mn in the substratum, while the number of CFU of Mn reducing bacteria correlated positively. Those observations indicate that the availability of Fe and Mn in that substratum is under influence of biological activity