Genotypic variations and use of microorganisms and microbial metabolites as strategies to mitigate the effects of water restriction on biological nitrogen fixation in soybean

A fixação biológica de nitrogênio (FBN) é indispensável para a viabilidade econômica e ambiental da cultura da soja, mas estresses ambientais, como a seca, prejudicam a FBN e a cultura. O objetivo geral dessa tese foi identificar variações genotípicas em soja quanto a tolerância à seca, com base em componentes de produção, atividade da FBN e da taxa transpiratória sob condições de seca, além de avaliar estratégias agronômicas para sustentação de altas taxas da FBN na cultura da soja sob restrição hídrica. O primeiro artigo apresenta o resultado da avaliação de seis genótipos de soja do programa de melhoramento genético da Embrapa Soja para tolerância à seca, quanto ao metabolismo do N e produção de grãos, em experimento em condições controladas. Os genótipos BRB-27, R02-1325 e BRB-26, que têm um parental tolerante à seca, apresentaram maior produção de grãos após o período de restrição hídrica, sugerindo maior capacidade de recuperação após reidratação. O segundo artigo documenta a capacidade de recuperar a transpiração e a FBN (pela técnica da redução do acetileno) em dez genótipos de soja provenientes do programa de melhoramento genético da Universidade Estadual da Carolina do Norte para tolerância à seca, expostos à restrição hídrica severa e reidratação, em condições controladas. A recuperação da transpiração e da atividade de FBN variou entre três e quatro dias, considerada rápida se comparada a genótipos sensíveis à seca. Variações genotípicas em relação à capacidade de recuperação foram identificadas, mas as diferenças foram sutis e provavelmente não resultariam em maior desempenho da cultura no campo. No terceiro artigo avaliou-se o efeito da coinoculação de Bradyrhizobium com Azospirillum e da adição de metabólitos secundários microbianos (MSM) na FBN e produtividade da soja sob diferentes condições climáticas em quatro ensaios a campo. A coinoculação aumentou a nodulação da soja nos estágios iniciais e resultou em maior crescimento vegetativo e acúmulo de N na parte aérea, especialmente em condições de seca. A adição de MSM atenuou o efeito da seca sobre a nodulação e em um experimento aumentou a produção de grãos em 15% e 7% em relação ao tratamento que recebeu N mineral e ao tratamento que recebeu somente inoculação com Bradyrhizobium, respectivamente. A seleção e utilização de genótipos de soja tolerantes à seca, juntamente com práticas sustentáveis que contribuam para a manutenção da FBN, são potenciais ferramentas para atenuar efeitos negativos da restrição hídrica na cultura da soja.Biological nitrogen fixation (BNF) is essential for the economic and environmental viability of the soybean crop, but environmental stresses such as drought impair the FBN and the crop. In this thesis, the general aim was to identify genotypic variations in soybean as drought tolerance, based on yield components, activity of BNF and transpiration rates under drought conditions, and also evaluate agronomic strategies for sustaining of high rates of BNF in soybean under water restriction. The first paper presents the results of the assessment of six soybean genotypes from the program of genetic breeding for drought tolerance of the Embrapa Soybean, regarding to N metabolism and grain yield, in a trial under controlled conditions, to characterize soybean genotypes with BNF tolerant to drought. The genotypes BRB-27, R02-1325 and BRB-26, which have a drought-tolerant parental, presented higher grain yield capacity after exposure to drought, suggesting better capacity to recover from drought after rewetting. The second paper documented the plant capacity to recover the transpiration and BNF (by acetylene reduction activity) in 10 soybean genotypes from the program of genetic breeding for drought tolerance of the North Carolina State University, after exposure to severe water stress followed by rehydration, under controlled conditions. The recovery of transpiration and BNF varied between three to four days, considered fast if compared with drought-sensitive genotypes. Genotypic variation in the recovery rate was identified, but not expected to have a large impact on plant performance in the field. In the third paper, we evaluated the effect of co-inoculation of Bradyrhizobium with Azospirillum and addition of microbial secondary metabolites (MSM) on BNF and soybean yield under different climatic conditions in four field trials. Co-inoculation increased nodulation of soybeans at the early stages of crop development and resulted in increased plant growth and accumulation of N in the shoot, especially under dry conditions. The addition of MSM attenuated the effect of drought on nodulation and in one trial increased the grain yield by 15% and 7% in relation to the N-fertilizer and sole inoculation with Bradyrhizobium, respectively. Selection and use of soybean genotypes drought tolerant, along with sustainable practices that contribute to keep the BNF, are potential tools for attenuation of negative effects of drought on soybean