Promotion of microbial phosphate solubilization by clay minerals
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Data
2024-08-23
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Universidade Federal de Viçosa
Resumo
A number of physical and chemical interactions between clays and microorganisms have been reported with strong influence on microbial physiology and ecology. However, clay influences on phosphate-solubilizing microorganisms (PSM) remains unknown. PSM are capable of converting low solubility phosphates into soluble orthophosphate that can be taken up by plants. PSM are commonly present in the soil, particularly in the rhizosphere where they maintain associative symbiosis with the host plant. This study aimed at investigating the influence of soil clays (kaolinite, gibbsite, goethite, and hematite) on phosphate solubilization by the fungus Aspergillus niger. In the first chapter, a literature review is presented addressing the potential use of PSM in agriculture. The interaction between clays and microorganisms is reported and the strategies to enhance microbial phosphate solubilization are described. In the second chapter, an investigation on the influence of kaolinite, gibbsite, goethite, and hematite, on organic acid production and phosphate solubilization by the fungal isolate A. niger FS1. The experiments were conducted in modified NBRIP medium containing 3 g L! of Araxá rock phosphate (RP) supplemented with clays at 250, 500, 1000, 1500, 2000, 2500, and 3000 g L'!. The media were inoculated with 10º fungal conidia and incubated for 7 days at 28ºC. AII clays promoted increases in Araxá RP solubilization. The addition of gibbsite and kaolinite to the culture media led to the highest values of soluble P recorded (453.68 and 407.61 mg L', respectively). Gibbsite increased oxalic acid production by the fungus 8.36 times that of the control treatment. Gibbsite and kaolinite also promoted higher yields of citric acid, with 15.69 and 8.93 mmol L' ', respectively. In the third chapter, the hypothetical mechanisms of promotion of phosphate solubilization by clays were verified. Clays were added directly to the culture media as described above or placed in plastic capsules to prevent direct contact of the particles with the fungus. The effects of increasing concentrations of Fe-EDTA, AlCls, and silicic acid on Araxá RP solubilization and organic acid production were also evaluated. The encapsulation of clay particles did not decrease RP solubilization, indicating that the direct contact of the clays with the fungal mycelium is not required to induce RP solubilization. Significant increases in soluble P (3.89 times that of the control treatment) and oxalic acid were observed with increasing concentrations of AlCl;. Fe-EDTA and silicic acid increased phosphate solubilization by only 29 and 11%, respectively, with no significant increases in oxalic and citric acid production. In the fourth chapter, we investigated the effect of kaolinite, gibbsite, goethite, and hematite on the solubilization of Araxá, Argélia, Bayovar, Catalão, Marrocos, and Patos de Minas RPs and aluminum, calcium, and iron phosphate. For this, modified NBRIP medium was supplemented with 3 g L! of each P source above. The media were inoculated with 10º fungal conidia and incubated for 7 days at 28ºC. Gibbsite was the most efficient clay at promoting the solubilization of all RPs tested, reaching 100% cof solubilization for the majority. Kaolinite was particularly effective at the solubilization of iron phosphate, reaching 80.9% of solubilization. Only goethite was capable of enhancing aluminum phosphate solubilization (22./2%). In the fifth chapter, a brief review is presented discussing the question: Are there really microorganisms specialized in phosphate solubilization or is this process merely a side-effect of other microbial metabolic activities? All the findings presented here offer new possibilities for developing innovative strategies to enhance RP solubilization using soil clays. Our results shed light on the interactions between soil clays and fungal hyphae that may operate in the soil to increase P availability to plants. They also improve our understanding on P dynamics in the soil involving PSM and clay minerals. Keywords: Soil clays, phosphate solubilization, organic acids, kaolinite, gibbsite, goethite, hematite, phosphate solubilizing microorganisms.
Uma série de interações físicas e químicas entre argilas e microrganismos têm sido relatadas, apresentando forte influência na fisiologia e ecologia microbiana. No entanto, as influências das argilas sobre os microrganismos solubilizadores de fosfato (MSF) permanecem desconhecidas. Os MSF são capazes de converter fosfatos de baixa solubilidade em ortofosfato solúvel, que pode ser absorvido pelas plantas. Esses microrganismos estão comumente presentes no solo, particularmente na rizosfera, onde mantêm uma simbiose associativa com a planta hospedeira. Este estudo teve como objetivo investigar a influência das argilas do solo (caulinita, gibbsita, goethita e hematita) na solubilização de fosfato pelo fungo Aspergillus niger. No primeiro capítulo, é apresentada uma revisão da literatura abordando o potencial uso dos MSF na agricultura. A interação entre argilas e microrganismos é discutida, e as estratégias para aumentar a solubilização microbiana de fosfato são descritas. No segundo capítulo, é realizada uma investigação sobre a influência da caulinita, gibbsita, goethita e hematita na produção de ácidos orgânicos e na solubilização de fosfato pelo isolado fúngico A. niger FS1. Os experimentos foram conduzidos em meio NBRIP modificado, contendo 3 g L'! de fosfato natural (FR) de Araxá, suplementados com argilas nas concentrações de 250, 500, 1.000, 1.500, 2.000, 2.500 e 3.000 g L''. Os meios foram inoculados com 10º conídios fúngicos e incubados por 7 dias a 28ºC. Todas as argilas promoveram aumentos na solubilização do FR de Araxá. A adição de gibbsita e caulinita ao meio de cultura proporcionou os maiores valores de P solúvel registrados (453,68 e 407,61 mg L'! respectivamente). A gibbsita aumentou a produção de ácido oxálico pelo fungo em 8,36 vezes em relação ao tratamento controle. Além disso, a gibbsita e a caulinita também promoveram maiores rendimentos de ácido cítrico, com 15,69 e 8,93 mmol L”*, respectivamente. No terceiro capítulo, foram verificados os mecanismos hipotéticos de promoção da solubilização de fosfato pelas argilas. As argilas foram adicionadas diretamente ao meio de cultura, conforme descrito acima, ou colocadas em cápsulas plásticas para evitar o contato direto das partículas com o fungo. Também foram avaliados os efeitos do aumento das concentrações de Fe-EDTA, AlCl; e ácido silícico na solubilização do FR de Araxá e na produção de ácidos orgânicos. O encapsulamento das partículas de argila não reduziu a solubilização do FR, indicando que o contato direto das argilas com o micélio fúngico não é necessário para induzir a solubilização do FR. Observou-se aumento significativo no fósforo solúvel (3,89 vezes em relação ao tratamento controle) e na produção de ácido oxálico com o incremento das concentrações de AlCl3. O Fe-EDTA e o ácido silícico promoveram aumento na solubilização do fosfato de apenas 29% e 11%, respectivamente, sem que houvesse aumentos significativos na produção de ácido oxálico e ácido cítrico. No quarto capítulo, investigamos o efeito da caulinita, gibbsita, goethita e hematita na solubilização dos FR Araxá, Argélia, Bayovar, Catalão, Marrocos e Patos de Minas, além de fosfatos sintéticos de alumínio, cálcio e ferro. Para isso, o meio NBRIP modificado foi suplementado com 3 g L⁻¹ de cada fonte de fósforo mencionada. Os meios foram inoculados com 10⁶ conídios fúngicos e incubados por 7 dias a 28°C. A gibbsita foi a argila mais eficiente em promover a solubilização de todos os FRs testados, alcançando 100% de solubilização na maioria dos casos. A caulinita demonstrou ser particularmente eficaz na solubilização do fosfato de ferro, atingindo 80,9% de solubilização. Apenas a goethita foi capaz de melhorar a solubilização do fosfato de alumínio (22,72%). No quinto capítulo, é apresentada uma breve revisão que discute a seguinte questão: existem realmente microrganismos especializados na solubilização de fosfato ou esse processo é apenas um efeito colateral de outras atividades metabólicas microbianas? Todas as descobertas aqui apresentadas oferecem novas possibilidades para o desenvolvimento de estratégias inovadoras que visem melhorar a solubilização dos FRs utilizando argilas do solo. Nossos resultados esclarecem as interações entre as argilas do solo e as hifas fúngicas, que podem atuar no solo para aumentar a disponibilidade de fósforo para as plantas. Além disso, eles aprimoram nossa compreensão sobre a dinâmica do fósforo no solo, envolvendo microorganismos solubilizadores de fósforo (PSM) e argilominerais. Palavras-chave: Argilas, solubilização de fosfato, ácidos orgânicos, caulinita, gibbsita, goethita, hematita, microrganismos solubilizadores de fosfato.
Uma série de interações físicas e químicas entre argilas e microrganismos têm sido relatadas, apresentando forte influência na fisiologia e ecologia microbiana. No entanto, as influências das argilas sobre os microrganismos solubilizadores de fosfato (MSF) permanecem desconhecidas. Os MSF são capazes de converter fosfatos de baixa solubilidade em ortofosfato solúvel, que pode ser absorvido pelas plantas. Esses microrganismos estão comumente presentes no solo, particularmente na rizosfera, onde mantêm uma simbiose associativa com a planta hospedeira. Este estudo teve como objetivo investigar a influência das argilas do solo (caulinita, gibbsita, goethita e hematita) na solubilização de fosfato pelo fungo Aspergillus niger. No primeiro capítulo, é apresentada uma revisão da literatura abordando o potencial uso dos MSF na agricultura. A interação entre argilas e microrganismos é discutida, e as estratégias para aumentar a solubilização microbiana de fosfato são descritas. No segundo capítulo, é realizada uma investigação sobre a influência da caulinita, gibbsita, goethita e hematita na produção de ácidos orgânicos e na solubilização de fosfato pelo isolado fúngico A. niger FS1. Os experimentos foram conduzidos em meio NBRIP modificado, contendo 3 g L'! de fosfato natural (FR) de Araxá, suplementados com argilas nas concentrações de 250, 500, 1.000, 1.500, 2.000, 2.500 e 3.000 g L''. Os meios foram inoculados com 10º conídios fúngicos e incubados por 7 dias a 28ºC. Todas as argilas promoveram aumentos na solubilização do FR de Araxá. A adição de gibbsita e caulinita ao meio de cultura proporcionou os maiores valores de P solúvel registrados (453,68 e 407,61 mg L'! respectivamente). A gibbsita aumentou a produção de ácido oxálico pelo fungo em 8,36 vezes em relação ao tratamento controle. Além disso, a gibbsita e a caulinita também promoveram maiores rendimentos de ácido cítrico, com 15,69 e 8,93 mmol L”*, respectivamente. No terceiro capítulo, foram verificados os mecanismos hipotéticos de promoção da solubilização de fosfato pelas argilas. As argilas foram adicionadas diretamente ao meio de cultura, conforme descrito acima, ou colocadas em cápsulas plásticas para evitar o contato direto das partículas com o fungo. Também foram avaliados os efeitos do aumento das concentrações de Fe-EDTA, AlCl; e ácido silícico na solubilização do FR de Araxá e na produção de ácidos orgânicos. O encapsulamento das partículas de argila não reduziu a solubilização do FR, indicando que o contato direto das argilas com o micélio fúngico não é necessário para induzir a solubilização do FR. Observou-se aumento significativo no fósforo solúvel (3,89 vezes em relação ao tratamento controle) e na produção de ácido oxálico com o incremento das concentrações de AlCl3. O Fe-EDTA e o ácido silícico promoveram aumento na solubilização do fosfato de apenas 29% e 11%, respectivamente, sem que houvesse aumentos significativos na produção de ácido oxálico e ácido cítrico. No quarto capítulo, investigamos o efeito da caulinita, gibbsita, goethita e hematita na solubilização dos FR Araxá, Argélia, Bayovar, Catalão, Marrocos e Patos de Minas, além de fosfatos sintéticos de alumínio, cálcio e ferro. Para isso, o meio NBRIP modificado foi suplementado com 3 g L⁻¹ de cada fonte de fósforo mencionada. Os meios foram inoculados com 10⁶ conídios fúngicos e incubados por 7 dias a 28°C. A gibbsita foi a argila mais eficiente em promover a solubilização de todos os FRs testados, alcançando 100% de solubilização na maioria dos casos. A caulinita demonstrou ser particularmente eficaz na solubilização do fosfato de ferro, atingindo 80,9% de solubilização. Apenas a goethita foi capaz de melhorar a solubilização do fosfato de alumínio (22,72%). No quinto capítulo, é apresentada uma breve revisão que discute a seguinte questão: existem realmente microrganismos especializados na solubilização de fosfato ou esse processo é apenas um efeito colateral de outras atividades metabólicas microbianas? Todas as descobertas aqui apresentadas oferecem novas possibilidades para o desenvolvimento de estratégias inovadoras que visem melhorar a solubilização dos FRs utilizando argilas do solo. Nossos resultados esclarecem as interações entre as argilas do solo e as hifas fúngicas, que podem atuar no solo para aumentar a disponibilidade de fósforo para as plantas. Além disso, eles aprimoram nossa compreensão sobre a dinâmica do fósforo no solo, envolvendo microorganismos solubilizadores de fósforo (PSM) e argilominerais. Palavras-chave: Argilas, solubilização de fosfato, ácidos orgânicos, caulinita, gibbsita, goethita, hematita, microrganismos solubilizadores de fosfato.
Descrição
Palavras-chave
Micro-organismos do solo, Argila, Fosfatos
Citação
IGLESIAS BARRERA, Gustavo Andrés. Promotion of microbial phosphate solubilization by clay minerals. 2024. 141 f. Tese (Doutorado em Microbiologia Agrícola) - Universidade Federal de Viçosa, Viçosa. 2024.