Solubilização de fosfatos naturais por microrganismos isolados de cultivos de Pinus e Eucalyptus de Santa Catarina

Solubilization of natural phosphates by microorganisms isolated from Pinus and Eucalyptus plantations in Santa Catarina, Brazil

Resumos

A utilização de microrganismos solubilizadores tem sido sugerida como alternativa ao uso de fertilizantes fosfáticos. Para serem utilizados num programa de inoculação controlada, os microrganismos devem apresentar grande capacidade e potencial de solubilização. O objetivo deste trabalho foi avaliar a capacidade e o potencial de solubilização de 56 isolados inoculados em meio GES contendo fosfato (Anitápolis, Araxá ou Catalão), usando-se um fatorial 57x3 (56 isolados + testemunha e três fosfatos) conduzido em delineamento completamente casualizado com três repetições. Após 15 dias de incubação, determinaram-se as quantidades de P e o pH do meio. Foram verificados efeitos dos fosfatos, dos isolados e da interação. Baixos valores de pH foram obtidos por isolados que apresentaram médio a alto potencial. O teor médio de P foi superior no fosfato de Anitápolis, seguido do Araxá. Trinta e um isolados solubilizaram quantidades significativas. O 310 apresentou o mais alto potencial (média de 263 mig mL-1 de P). Quatro isolados (177, 262, 251 e 269) apresentaram alto potencial (120 a 150 mig), e doze (201, 309, 199, 195, 249, 202, 198, 305, 253, 196, 203 e 307), mostraram valores médios (80 a 120 mig). O comportamento dos isolados foi diferente entre os fosfatos. Apenas quatro isolados solubilizaram os três fosfatos (310, 251, 199 e 249). As características apresentadas pelos isolados 310, 251, 199 e 249 os qualificam para um programa de seleção visando à inoculação controlada.

solubilizadores de fosfato; fósforo; biologia de solo

The use of P-solubilizing microorganisms have been suggested as an alternative to replace the utilization of phosphate fertilizers. In order to be used in programs of controlled inoculation, microorganisms must display a high capacity and potential for solubilization. The aim of this study was to evaluate the potential and the capacity of 56 microbial isolates to solubilize different types of phosphates. The evaluation was performed in GES medium supplemented with one of the following phosphates: Anitápolis, Araxá and Catalão, through a factorial experiment [(56 isolates + control) x three phosphates] in a randomized complete design with three replications. After 15 days of inoculation, levels of phosphorus and pH of the media were determined. Effects of phosphates, isolates and the interaction were verified. Low values of pH were obtained by isolates with high and medium potential. The average level of P was superior in Anitápolis phosphate, followed by Araxá. Thirty-one isolates solubilized significant quantities. The isolate 310 showed the highest potential (average of 263 mug mL-1 of P). Four isolates (177, 262, 252 and 269) showed high potential (120 to 150 mug), and twelve (201, 309, 199, 195, 249, 202, 198, 305, 253, 196, 203 and 307) showed medium values (80 to 120 mug). Isolates behavior was different among phosphates. Only four isolates solubilized all three phosphates (310, 251, 199 and 249). The characteristics displayed by isolates 310, 251, 199 and 249 qualified them for a screening program aiming controlled inoculation.

phosphate-solubilizing microorganism; phosphorus; soil biology

Solubilização de fosfatos naturais por microrganismos isolados de cultivos de Pinus e Eucalyptus de Santa Catarina(¹)

Germano Nunes Silva Filho(²), Charles Narloch(²) e Rosana Scharf(²)

Resumo ¾ A utilização de microrganismos solubilizadores tem sido sugerida como alternativa ao uso de fertilizantes fosfáticos. Para serem utilizados num programa de inoculação controlada, os microrganismos devem apresentar grande capacidade e potencial de solubilização. O objetivo deste trabalho foi avaliar a capacidade e o potencial de solubilização de 56 isolados inoculados em meio GES contendo fosfato (Anitápolis, Araxá ou Catalão), usando-se um fatorial 57x3 (56 isolados + testemunha e três fosfatos) conduzido em delineamento completamente casualizado com três repetições. Após 15 dias de incubação, determinaram-se as quantidades de P e o pH do meio. Foram verificados efeitos dos fosfatos, dos isolados e da interação. Baixos valores de pH foram obtidos por isolados que apresentaram médio a alto potencial. O teor médio de P foi superior no fosfato de Anitápolis, seguido do Araxá. Trinta e um isolados solubilizaram quantidades significativas. O 310 apresentou o mais alto potencial (média de 263 mg mL^-1 de P). Quatro isolados (177, 262, 251 e 269) apresentaram alto potencial (120 a 150 mg), e doze (201, 309, 199, 195, 249, 202, 198, 305, 253, 196, 203 e 307), mostraram valores médios (80 a 120 mg). O comportamento dos isolados foi diferente entre os fosfatos. Apenas quatro isolados solubilizaram os três fosfatos (310, 251, 199 e 249). As características apresentadas pelos isolados 310, 251, 199 e 249 os qualificam para um programa de seleção visando à inoculação controlada.

Termos para indexação: solubilizadores de fosfato, fósforo, biologia de solo.

Solubilization of natural phosphates by microorganisms isolated from Pinus and Eucalyptus plantations in Santa Catarina, Brazil

Abstract ¾ The use of P-solubilizing microorganisms have been suggested as an alternative to replace the utilization of phosphate fertilizers. In order to be used in programs of controlled inoculation, microorganisms must display a high capacity and potential for solubilization. The aim of this study was to evaluate the potential and the capacity of 56 microbial isolates to solubilize different types of phosphates. The evaluation was performed in GES medium supplemented with one of the following phosphates: Anitápolis, Araxá and Catalão, through a factorial experiment [(56 isolates + control) x three phosphates] in a randomized complete design with three replications. After 15 days of inoculation, levels of phosphorus and pH of the media were determined. Effects of phosphates, isolates and the interaction were verified. Low values of pH were obtained by isolates with high and medium potential. The average level of P was superior in Anitápolis phosphate, followed by Araxá. Thirty-one isolates solubilized significant quantities. The isolate 310 showed the highest potential (average of 263 mg mL^-1 of P). Four isolates (177, 262, 252 and 269) showed high potential (120 to 150 mg), and twelve (201, 309, 199, 195, 249, 202, 198, 305, 253, 196, 203 and 307) showed medium values (80 to 120 mg). Isolates behavior was different among phosphates. Only four isolates solubilized all three phosphates (310, 251, 199 and 249). The characteristics displayed by isolates 310, 251, 199 and 249 qualified them for a screening program aiming controlled inoculation.

Index terms: phosphate-solubilizing microorganism, phosphorus, soil biology.

Introdução

O setor florestal constitui um importante segmento econômico do País, pois contribui com 3,3 bilhões de dólares em exportação (Hoeflich et al., 2000) e 4% do Produto Interno Bruto (Brasil, 2000). O Estado de Santa Catarina destaca-se no cenário nacional na produção de papel e celulose, e apresenta 5% de sua superfície coberta por reflorestamentos, especialmente com Pinus e Eucalyptus (Brandão, 1997). Em face das restrições espaciais e ecológicas ao aumento da produção por expansão da área cultivada, as atenções estão voltadas para o aumento da produtividade.

Um dos fatores que afetam o crescimento vegetal é a disponibilidade de nutrientes, notadamente, no caso dos solos brasileiros, a de fósforo (P). Para suprir essa carência, são utilizados fosfatos solúveis em dosagens superiores às necessidades das culturas, pois a maior parte do P aplicado ao solo não é prontamente disponível às plantas. Embora o Brasil apresente inúmeras reservas, o uso de fosfatos naturais é reduzido. O custo de produção é menor, mas a solubilidade é baixa, o que diminui sua eficiência (Braga et al., 1991), e restringe o seu uso a áreas próximas ao local de beneficiamento e a determinadas culturas.

No solo, o P é sujeito a inúmeros processos biogeoquímicos que alteram sua disponibilidade. Entre esses processos, destaca-se a dissolução de fosfatos, que os torna disponíveis para as plantas (Whitelaw, 2000). Diversos microrganismos do solo, incluindo bactérias e fungos, possuem capacidade para solubilizar fosfatos por meio de diferentes mecanismos, especialmente pela produção de ácidos (Sperber, 1958; Banik & Dey, 1982; Kucey, 1983; Nahas, 1999; Rodrígez & Fraga, 1999; Silva Filho & Vidor, 2000; Whitelaw, 2000). A inoculação de microrganismos solubilizadores de fosfatos ou o manejo de suas populações têm sido sugeridos como forma de substituir ou diminuir o uso de fertilizantes fosfáticos solúveis, mediante um melhor aproveitamento dos fosfatos naturais existentes ou adicionados ao solo e dos formados pela aplicação de fontes solúveis (Goldstein, 1986; Kim et al., 1998). Para serem utilizados num programa de inoculação controlada, os microrganismos devem apresentar, entre outras características, grande capacidade e alto potencial de solubilização de fosfatos, ou seja: devem solubilizar vários tipos de fosfatos, e a solubilização deve ser de alta intensidade.

O presente trabalho teve por objetivo avaliar a capacidade e o potencial de 56 isolados de microrganismos de solubilizar fosfatos naturais.

Material e Métodos

Cinqüenta e seis isolados de microrganismos solubilizadores de fosfatos, bactérias e fungos, obtidos de substrato, solo ou rizosfera de cultivos em sementeiras ou florestas de Pinus ou Eucalyptus do Estado de Santa Catarina (Tabela 1) foram inoculados em frascos de 100 mL contendo 50 mL de meio Glicose Extrato de Solo (GES) (Sylvester-Bradley et al., 1982) e 0,25 g do fosfato natural de Anitápolis, Araxá ou Catalão, moído e peneirado em malha de 0,053 mm. Os teores P₂O₅ total e solúvel em ácido cítrico (2%) foram de 9,4% e 4,3%; 9,3% e 3,2%; 9,4% e 2,5%, respectivamente, no fosfato de Araxá, Anitápolis e Catalão, respectivamente. As análises foram realizadas pelo Laboratório Físico Químico e Biológico da Companhia Integrada de Desenvolvimento de Santa Catarina. Como inóculo foram utilizadas culturas com 48 horas de incubação. Para as bactérias utilizou-se l mL de cultura líquida, e para os fungos, um disco de 4 mm de diâmetro, retirado da borda da colônia crescida em meio sólido.

Após um período de 15 dias de incubação à temperatura de 30^oC, o meio GES foi centrifugado a 3.000 rpm durante 15 minutos. Em seguida, o sobrenadante foi utilizado na determinação de P e pH. O P solúvel no extrato foi avaliado por espectrofotometria a 660 nm, segundo procedimento descrito por Tedesco et al. (1995).

O experimento constituiu-se de um fatorial [(56 isolados + testemunha) x três fosfatos] conduzido em delineamento completamente casualizado com três repetições, e as médias foram comparadas pelo teste de Tukey a 5%.

Resultados e Discussão

Os teores de P presentes no meio GES após a incubação foram superiores no fosfato de Anitápolis, seguidos do fosfato de Araxá, e, por último, do de Catalão (Tabela 2). Estas diferenças provavelmente estão relacionadas à composição do fosfato, como o teor de CO₂ (Alcarde & Ponchio, 1983), e, ou, à presença de nutrientes inorgânicos que acompanham o produto. Diferenças na disponibilização de fosfatos têm sido verificadas no solo e em meios de cultura (Oliveira et al., 1984; Silva Filho & Vidor, 2000).

Dos 56 isolados testados, 31 solubilizaram quantidades significativas de fosfato (Tabela 2). Desses, o 310 apresentou o maior potencial de solubilização, com valor médio superior a 260 mg mL^-1 de P de meio GES. Quatro isolados (177, 262, 251 e 269) apresentaram alto potencial, com valores variando de 120 a 150 mg mL^-1 de P, doze (201, 309, 199, 195, 249, 202, 198, 305, 253, 196, 203 e 307) apresentaram valores considerados como médios (80 a 120 mg mL^-1 de P) e quatorze apresentaram valores baixos (40 a 80 mg mL^-1 de P). Vinte e cinco isolados, representando 45% do total, apresentaram teores de P no meio GES estatisticamente semelhantes aos da testemunha não-inoculada. Variação no potencial de solubilização de microrganismos tem sido observada por vários autores, e é utilizada como uma das principais características no processo de seleção (Illmer & Schinner, 1992; Mikanová & Kubát, 1994; Silva Filho & Vidor, 2000).

Entre os grupos de microrganismos, destacaram-se os isolados fúngicos, com predomínio do gênero Aspergillus, seguido pelo gênero Penicillium. Esses gêneros estão entre os mais citados na literatura. No entanto, em relação a sua eficiência, existem controvérsias. Banik & Dey (1982) avaliando diversos isolados de microrganismos solubilizadores verificaram que dois fungos do gênero Aspergillus foram os mais eficientes. Nahas (1996), trabalhando com isolados de outras procedências, verificou que os mais eficientes foram os do gênero Penicillium. O meio de cultura é um fator decisivo dessa característica. Silva Filho & Vidor (2000), trabalhando em meio sólido, verificaram que o potencial de solubilização destes mesmos isolados era maior no gênero Penicillium.

Os isolados diferiram entre si, tanto na capacidade quanto na intensidade (potencial) de solubilização dos fosfatos. Vinte e seis isolados solubilizaram fosfato de Anitápolis, contra 24 de Araxá, e apenas seis de Catalão. Na maioria dos isolados, as quantidades de P solubilizadas no fosfato de Anitápolis foram superiores às do fosfato de Araxá e principalmente às do fosfato de Catalão. Em cerca de 10% dos isolados (201, 253, 309, 200 e 250), as quantidades solubilizadas no fosfato de Araxá foram superiores às apresentadas no fosfato de Anitápolis. Nenhum isolado solubilizou maior quantidade de P no fosfato de Catalão do que no de Anitápolis, e apenas um (305) solubilizou mais no fosfato de Catalão do que no de Araxá.

Alguns isolados solubilizaram somente um tipo de fosfato. Isto ocorreu com sete isolados no fosfato de Anitápolis (238, 240, 221, 264, 189, 306 e 262) e quatro no fosfato de Araxá (309, 190, 233 e 300). Outros solubilizaram dois tipos de fosfatos. Quatorze solubilizaram fosfato de Anitápolis e de Araxá (177, 269, 201, 195, 202, 198, 253, 196, 203, 307, 191, 308, 301 e 303); um, fosfato de Anitápolis e de Catalão (305); e um, fosfato de Araxá e de Catalão (250). Apenas quatro isolados solubilizaram os três fosfatos (310, 251, 199 e 249). Entre estes, apenas o isolado 249 solubilizou quantidades semelhantes em todos os fosfatos.

Resultados semelhantes foram obtidos por Lapeyrie et al. (1991), que verificaram que o potencial de solubilização variou com os isolados de Paxillus involutus, e Storkánová et al. (1999) e Mikanová & Kubát (1994), com espécies de Rhizobium e Bradyrhizobium. Diferenças entre as fontes de fosfato com o mesmo microrganismo foram verificadas por Nahas & Assis (1992), Whitelaw et al. (1999), e Silva Filho & Vidor (2000), e interações entre fontes e microrganismos foram encontradas por Lapeyrie et al. (1991), Nahas (1996) e Silva Filho & Vidor (2000).

Não houve relação entre as procedências dos isolados e sua eficiência (Tabelas 1 e 2). Assim, não se observou predomínio de isolados mais eficientes entre os obtidos de rizosfera, como foi sugerido por Sperber (1958). Com relação à planta, embora entre os isolados com maior potencial de solubilização (310, 177, 262, 251 e 269) haja um predomínio dos obtidos de Eucalyptus, particularmente de E. dunnii, isto não indica relação direta da fonte de isolamento e o potencial, uma vez que da mesma procedência ocorrem isolados com baixa capacidade de solubilização (297, 291, 215 e 154).

Todos os isolados diminuíram o pH do meio durante o cultivo (Tabela 2). As menores alterações ocorreram com os isolados 295, 297, 282, 291, 155 e 290. Os menores valores de pH foram obtidos nos meios submetidos à inoculação dos isolados 221, 202, 307, 203, 310, 269 e 262. Nenhum dos primeiros solubilizou quantidades significativas de P, e entre os últimos, estão os de médio a alto potencial de solubilização. Isto sugere um efeito da produção de ácidos na solubilização dos fosfatos (Sperber, 1958; Illmer et al., 1995; Nahas, 1996; Whitelaw et al., 1999), o que é confirmado pela análise de correlação entre o pH e o teor de P no meio (r = -0,54**). No entanto, este não deve ser o único mecanismo utilizado, uma vez que o coeficiente de determinação linear (R²) foi de 0,294, indicando, assim, que a diminuição do pH do meio de cultura foi responsável por 29,4% do aumento linear do P solubilizado (Illmer & Schinner, 1992; Mikanová & Kubát, 1994; Illmer et al., 1995). Vários fatores podem ter afetado esta relação; entre eles, as quantidades de P imobilizadas pelos microrganismos durante o crescimento. Outros fatores, como o tipo de fosfato e a interação deste com os isolados, também podem contribuir na relação. Embora a média de P no meio com fosfato de Araxá tenha sido superior à média no meio com fosfato de Catalão, a acidez foi menor. Os efeitos da interação ficam claros quando se comparam, por exemplo, os isolados 269, 309, 199 e 191 com os isolados 201, 202, 198 e 253.

Conclusões

1. A produção de ácidos é um dos mecanismos utilizados pelos microrganismos na solubilização de fosfatos naturais.

2. Não há relação entre a solubilização e a procedência dos isolados.

3. Fungos dos gêneros Aspergillus e Penicillium têm maior capacidade e potencial para a solubilização de fosfatos naturais.

4. A capacidade e o potencial de solubilização dos isolados 310, 251, 199 e 249 os tornam aptos a participarem de um programa de seleção visando à inoculação controlada.

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  12 Ago 2002
• Data do Fascículo
  Jun 2002

Histórico

• Aceito
  14 Nov 2001