Nodulação em cultivares de feijão dos conjuntos gênicos andino e meso-americano

Nodulation in Andean and Mesoamerican cultivars of dry bean

Nodulação em cultivares de feijão dos conjuntos gênicos andino e meso-americano(¹)

Marília Caixeta Franco(²), Sérvio Túlio Alves Cassini(³), Valter Rodrigues Oliveira(⁴), Clibas Vieira(⁵) e Siu Mui Tsai(⁶)

Resumo ¾ O objetivo deste trabalho foi determinar a capacidade de nodulação e a especificidade de feijão (Phaseolus vulgaris L.) dos conjuntos gênicos andino e meso-americano submetidos a inóculo de Rhizobium. O experimento foi estabelecido em parcelas subdivididas em blocos ao acaso, com quatorze cultivares de feijão e três estirpes de Rhizobium (R. etli KIM 5, R. etli CIAT 632 e R. tropici CIAT 899). Somente as cultivares andinas WAF 15, WAF 7, Mineiro Precoce, WAF 6 e Antioquia 8 apresentaram especificidade na nodulação. Em relação à massa seca dos nódulos, houve diferenças significativas dos tratamentos de inoculação nas cultivares andinas WAF 15, WAF 7, WAF 6 e Diacol Andino, e na cultivar meso-americana Ouro Negro. Nenhuma das cultivares restringiu a nodulação, embora tenham sido verificadas diferenças de até 53 e 103 vezes no número e massa de nódulos por planta, respectivamente. Considerando todas as cultivares e estirpes de rizóbio, WAF 15 foi a cultivar com melhor desempenho em número e massa nodular. WAF 6 foi a cultivar de pior desempenho, chegando quase ao nível de restrição da nodulação com a estirpe R. etli CIAT 632.

Termos para indexação: Phaseolus vulgaris, rizóbio, simbiose, nodosidade radicular.

Nodulation in Andean and Mesoamerican cultivars of dry bean

Abstract ¾ The objective of this work was to determine the capacity and specificity for nodulation in dry bean (Phaseolus vulgaris L.) cultivars, arising from Andean or Mesoamerican germplasm, inoculated with Rhizobium. The experiment was a factorial 14x3 in a randomized block design with fourteen dry bean cultivars and three strains of Rhizobium (R. etli KIM 5, R. etli CIAT 632 and R. tropici CIAT 899). Only five cultivars (WAF 15, WAF 7, Mineiro Precoce, WAF 6 and Antioquia 8), all from the Andean germplasm, demonstrated nodulation specificity. In relation to the nodules' dry weight, the values revealed significative difference when comparing the inoculation treatments of the Andean cultivars WAF 15, WAF 7, WAF 6 and Diacol Andino as well as the Mesoamerican cultivar Ouro Negro. None of the cultivars completely eliminated nodulation by the less compatible Rhizobium strains, but the differences in number of nodules per plant and the nodule dry weight among inoculation with the highly specific strains and the non-specific strains was 53 and 103 times greater, respectively. Considering all of the combinations of bean cultivars and Rhizobium strains, cultivar WAF 15 was the most responsive to nodulation and demonstrated superior growth and nodule number, while cultivar WAF 6 inoculated with CIAT 632 grew very little with practically no nodulation.

Index terms: Phaseolus vulgaris, rhizobium, symbiosis, root nodules.

Introdução

Entre os sistemas biológicos envolvendo planta e microrganismos, a simbiose leguminosas-rizóbio é a de maior expressão econômica. Em razão da importância econômica e social do feijoeiro (Phaseolus vulgaris L.) no Brasil e da potencialidade e necessidade de incrementar sua produtividade, estudos visando a otimização do processo de nodulação, e, conseqüentemente, da fixação biológica do N₂ (FBN), como forma de melhorar a disponibilidade de nutrientes às plantas, é uma prática de grande importância e muito necessária.

Várias espécies de rizóbio são capazes de nodular o feijoeiro, incluindo o Rhizobium leguminosarum bv. phaseoli, R. tropici, R. gallicum, R. giardinii e R. etli (Amarger et al., 1997; Chueire, 2000). Esta compreende a maioria das estirpes anteriormente classificadas como R. leguminosarum bv. phaseoli e tem sido a espécie isolada com maior freqüência em nódulos de feijão na Meso-América, enquanto R. tropici tem sido a mais encontrada nas regiões de solos ácidos da América do Sul (Araújo, 1994; Martínez-Romero et al., 1998). A maioria dos rizóbios isolados nos solos brasileiros pertence à espécie R. tropici, e demonstra sua enorme adaptabilidade às condições edafoclimáticas destas regiões (Hungria et al., 2000). Esta espécie é mais estável geneticamente e mais tolerante a estresses, como, por exemplo, temperatura elevada e acidez do meio (Graham, 1992).

Uma das principais evidências do comportamento diferenciado de cultivares de feijão em relação aos parâmetros relacionados à FBN vem de estudos realizados no Centro Internacional de Agricultura Tropical (CIAT), onde se constatou que cultivares de maturação tardia apresentavam tendência ao maior acúmulo de N fixado simbioticamente (Centro Internacional de Agricultura Tropical, 1975). Atualmente, nos estudos desta interação tem-se considerado, também, o conjunto gênico. Pelos dados disponíveis sobre as características morfológicas e moleculares do feijão, foi constatado que existe um conjunto gênico de origem meso-americana e outro de andina (Singh et al., 1991). Kipe-Nolt et al. (1992) verificaram tendência dos materiais silvestres e domesticados de origem meso-americana, de formar nódulos mais rapidamente com a estirpe de R. etli CIAT 632 do que com R. tropici CIAT 899 e materiais dos Andes da Argentina e do Peru de formar nódulos mais rapidamente com CIAT 899. Franco (1993) e Andriolo et al. (1994) compararam feijões domesticados e silvestres de diferentes origens e verificaram que os silvestres apresentaram maior capacidade de nodulação.

Bernal (1993) caracterizou estirpes de rizóbio isoladas de diferentes regiões e estudou a especificidade destas em cultivares de feijão de diferentes conjuntos gênicos. Verificou que todos os isolados do Equador e Argentina pertenciam à espécie R. etli e mostraram diferenças na iniciação da nodulação com cultivares de diferentes origens. Ceccatto et al. (1998) observaram efeito diferencial de cultivares de feijão de diferentes conjuntos gênicos sob interação com R. tropici sobre a atividade das nodulinas: leghemoglobina, fosfoenolpiruvato carboxilase e glutamina sintetase, bem como na atividade da nitrogenase e concentração de alantoina.

Aguilar et al. (1998), baseados em análise de genes codificando para 16S rRNA em estirpes de rizóbio isoladas de P. vulgaris var. aborigineus na Argentina, sugerem que neste centro de origem de P. vulgaris a coevolução entre estas espécies resultou em associação simbiótica preferencial.

Objetivou-se no presente trabalho determinar a capacidade de nodulação e a especificidade de cultivares de feijão dos conjuntos gênicos andino e meso-americano para com estirpes de R. etli e R. tropici.

Material e Métodos

Quatorze cultivares de feijão (Phaseolus vulgaris L.) de importância agronômica, do Banco de Germoplasmas da Universidade Federal de Viçosa, Viçosa, MG, foram usados neste estudo. Estes genótipos, previamente avaliados quanto a diversidade genética relativa (Vasconcelos et al., 1996; Franco et al., 2001) representam os conjuntos gênicos andino e meso-americano e possuem diferentes tamanhos e cores de sementes e hábitos de crescimento (Tabela 1).

As sementes foram desinfestadas conforme Vincent (1970), e na última água de lavagem foi acrescentado ben- late a 0,1%, para prevenir contaminação fúngica (Kipe-Nolt et al., 1992). Sementes pré-germinadas foram transferidas para bolsas de crescimento de polipropileno (growth pouches) estéreis (Kipe-Nolt et al., 1992) contendo solução nutritiva de Sandman isenta de nitrogênio (Centro Internacional de Agricultura Tropical, 1985).

Na inoculação, foram utilizadas três estirpes de Rhizobium (Tabela 2), que cresceram em frascos erlenmeyer contendo extrato de levedura-manitol, pH 6,8, à temperatura de 28^oC, até serem obtidas 10⁸ células/mL (Vincent, 1970). Sobre cada semente pré-germinada adicionou-se 1,0 mL da suspensão bacteriana. Após inoculação do Rhizobium nas sementes, as bolsas foram transferidas para câmara de crescimento com temperatura de 26^oC, luminosidade variando entre 80 a 100 mmol/m²/s e fotoperíodo de 12 horas.

O experimento foi estabelecido em parcelas subdivididas, e o delineamento experimental foi o de blocos ao acaso, com quatro repetições e um vaso com uma planta por subparcela. Foram utilizadas três parcelas correspondendo às estirpes de rizóbio, e 14 subparcelas correspondendo às cultivares de feijão.

As plantas foram colhidas 29 dias após o transplante, e seus nódulos, após separados, foram contados, determinada sua massa, e secados em estufa com ventilação forçada a 65°C, até atingir massa constante. Os dados de nodulação (número de nódulos por planta; massa seca nodular e massa média dos nódulos) foram submetidos à análise de variância, e as médias, comparadas pelo teste de Tukey a 5% de probabilidade. Também foram estimadas as correlações de Pearson entre as três características avaliadas.

Resultados e Discussão

Houve interação significativa (teste F, P<0,01) entre estirpes de rizóbio e cultivares de feijão sobre as três características avaliadas, número, massa seca e massa média dos nódulos. Comparando-se as médias de número de nódulos entre as estirpes de rizóbio, apenas nas cultivares andinas WAF 15, WAF 7, Mineiro Precoce, WAF 6 e Antioquia 8 houve diferenças significativas (Tabela 3). As cultivares WAF 15 e WAF 7 apresentaram maior nodulação com a estirpe R. etli CIAT 632. Esta espécie de rizóbio apresenta, entre outras características, elevada especificidade em relação à planta hospedeira (Kipe-Nolt et al., 1992; Segovia et al., 1993). As estirpes R. etli KIM 5 e R. tropici CIAT 899 foram igualmente eficientes em nodular a cultivar WAF 6 e diferiram significativamente da R. etli CIAT 632. As cultivares Mineiro Precoce e Antioquia 8 apresentaram maior nodulação quando foi usada a estirpe R. tropici CIAT 899, a qual apresenta maior promiscuidade de nodulação, ou seja: além de possuir a capacidade de nodular feijão, é capaz de formar nódulos com leucena (Martínez-Romero et al., 1991).

Todas as interações anteriormente discutidas envolvem cultivares do conjunto gênico andino (Tabelas 1 e 3). Em relação às outras duas cultivares andinas, Batatinha e Diacol Andino, e em todas as meso-americanas, não houve diferenças significativas no número de nódulos por planta entre as estirpes de rizóbio. Mesmo as cultivares Ouro e Ouro Negro, de origem mesoamericana e com elevada capacidade de nodulação, não apresentaram diferenças entre os tratamentos de inoculação, o que evidencia a baixa especificidade entre as estirpes de rizóbio e essas cultivares, como já verificado por Bliss (1993) e Andriolo et al. (1994).

Quanto à massa seca dos nódulos, houve diferenças significativas, entre tratamentos de inoculação, nas cultivares WAF 15, Ouro Negro, WAF 7, WAF 6 e Diacol Andino (Tabela 4). As cultivares WAF 15, WAF 7 e Diacol Andino apresentaram maior massa seca nodular com R. etli CIAT 632, e as cultivares Ouro Negro e WAF 6 com R. etli KIM 5. Dessas, apenas a cultivar Ouro Negro pertence ao conjunto gênico mesoamericano. Em nenhuma cultivar houve destaque da estirpe R. tropici CIAT 899 em relação à produção de massa nodular, evidenciando a sua baixa especificidade, já amplamente documentada na literatura (Martínez-Romero et al., 1991). Apesar desta característica, R. tropici CIAT 899 é considerada uma estirpe referencial e utilizada na maioria das pesquisas; também é recomendada para a produção de inoculante rizobiano em feijão, no Brasil (Chueire, 2000).

Quanto à massa média de nódulos, houve diferenças significativas entre estirpes de rizóbio nas cultivares Mineiro Precoce, WAF 6, Diacol Andino e FT 84835 (Tabela 5). Maiores massas médias de nódulos foram gerados por R. etli KIM 5 nas cultivares Mineiro Precoce, WAF 6 e FT 84835. A cultivar Diacol Andino apresentou maior massa média de nódulos com a estirpe R. etli CIAT 632.

Na presença da estirpe R. etli KIM 5, os maiores número e massa seca de nódulos foram obtidos com a cultivar WAF 15 (Tabelas 3 e 4). Com a estirpe R. etli CIAT 632, os maiores e os menores número e massa seca de nódulos foram obtidos com as cultivares WAF 15 e WAF 6, respectivamente. Na presença da estirpe R. tropici CIAT 899, novamente destacou-se a cultivar WAF 15 quanto ao número e massa nodular. WAF 6 foi a cultivar com pior desempenho quanto ao número e massa nodular, considerando-se todas as cultivares e as três estirpes de rizóbio (Tabelas 3 e 4). A média do número de nódulos desta cultivar com a estirpe CIAT 632 foi apenas 10%, aproximadamente, da verificada com as estirpes KIM 5 e CIAT 899. Kipe-Nolt et al. (1992) e Montealegre & Kipe-Nolt (1994) observaram restrição da nodulação com estirpes de rizóbio de diferentes espécies apenas em acessos silvestres de feijão. Porém, Kipe-Nolt et al. (1992) verificaram tendência, de acessos silvestres e domesticados de origem andina, de retardar a formação de nódulos com a estirpe R. etli CIAT 632, e os de origem meso-americana, de retardar a nodulação com R. tropici CIAT 899. Estes dados reforçam a constatação dos valores de nodulação no presente trabalho, pois, a cultivar WAF 6, de origem andina, apresentou menor número de nódulos com a estirpe CIAT 632 do que com CIAT 899.

Ainda em relação à estirpe KIM 5, a cultivar Ouro Negro apresentou número e massa de nodulos iguais às das cultivares de origem andina WAF 15, WAF 7, Batatinha, Mineiro Precoce e WAF 6 (Tabelas3 e 4). A 'Ouro Negro' (Honduras 35) foi selecionada quanto à FBN, pela Embrapa-Centro Nacional de Pesquisa de Arroz e Feijão (Bliss, 1993), e considerada de elevada capacidade noduladora e fixadora de N₂ (Bliss, 1993; Andriolo et al., 1994).

Em relação à massa média de nódulos, somente na presença da estirpe R. etli CIAT 632 houve diferenças significativas entre cultivares, sendo que 'Diacol Andino' e 'WAF 6' apresentaram a maior e a menor massa média de nódulos, respectivamente (Tabela 5).

Houve correlação positiva e significativa (Pearson; teste t, P<0,01) entre número e massa seca dos nódulos das três estirpes: KIM 5 (r = 0,95), CIAT 632 (r = 0,95) e CIAT 899 (r = 0,83), o que explica o fato de que, de modo geral, o tratamento que ocasionou a formação de maior número de nódulos (Tabela 3) também apresentou maior massa nodular (Tabela 4). Essa correlação positiva entre número e massa seca de nódulos é sempre citada na literatura (Rosas & Bliss, 1986; Franco, 1993; Andriolo et al., 1994). Entretanto, nas cultivares Ouro Negro e Diacol Andino, detectaram-se diferenças significativas apenas em relação à matéria seca dos nódulos. Tal fato pode ser explicado pelo aumento do tamanho dos nódulos, ou seja, pela fisiologia da planta, e não pelo aumento do número de nódulos.

Os resultados do presente trabalho revelaram que a eficiência de nodulação é altamente dependente do genótipo da planta. A superioridade relativa das cultivares do conjunto gênico andino sobre as mesoamericanas quanto à capacidade de nodulação, com destaque para a cultivar WAF 15, é interessante, pois o feijoeiro, no Brasil, é considerado de baixa capacidade de nodulação, e, conseqüentemente, com baixos níveis de FBN, pelo fato de a maioria das cultivares comerciais pertencerem à raça Meso-América do conjunto gênico meso-americano (Singh et al., 1991). Assim, neste estudo, o potencial de nodulação apresentado por genótipos de origem andina indica a possibilidade de melhoria da FBN de cultivares comerciais, utilizando-se métodos apropriados de melhoramento e seleção.

Conclusões

1. Há especificidade na nodulação das cultivares WAF 15, WAF 7, Mineiro Precoce, WAF 6 e Antioquia 8, do conjunto gênico andino.

2. Há diferenças entre cultivares quanto ao potencial de nodulação.

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Datas de Publicação

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

Histórico

• Aceito
  07 Nov 2001