Variabilidade genotípica de milho para acumulação de nitrogênio e contribuição da fixação biológica de nitrogênio

Genotypic variability of maize for nitrogen accumulation and contribution of biological nitrogen fixation

Resumos

O objetivo deste trabalho foi comparar nove genótipos de milho, com inoculação de uma mistura de bactérias diazotróficas, quanto ao acúmulo de biomassa e N, por meio da técnica de diluição isotópica do 15N. O experimento foi conduzido em um tanque de concreto de 120 m² e 60 cm de profundidade, preenchido com Argissolo Vermelho-Amarelo. Os genótipos variaram quanto à produção de grãos, matéria seca total e acúmulo de N, mas não houve diferenças no enriquecimento de 15N, o que demonstra que a produção e o acúmulo de N foram conseqüência da variabilidade genotípica para extrair N do solo.

Azospirillum; Zea mays; bactérias diazotróficas; germoplasma

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NOTAS CIENTÍFICAS

Variabilidade genotípica de milho para acumulação de nitrogênio e contribuição da fixação biológica de nitrogênio

Genotypic variability of maize for nitrogen accumulation and contribution of biological nitrogen fixation

Marcio Mattos de Mendonça^I; Segundo Sacramento Urquiaga^II; Veronica Massena Reis^II

^IAssessoria e Serviços a Projetos em Agricultura Alternativa (AS-PTA), Rua da Candelária, nº 9, 6º andar, CEP 20091-020 Rio de Janeiro, RJ. E-mail: [e-mail]

^IIEmbrapa Agrobiologia, Rod. BR 465, Km 7, Caixa Postal 74.505, CEP 23851-970 Seropédica, RJ. E-mail: [e-mail], [e-mail]

RESUMO

O objetivo deste trabalho foi comparar nove genótipos de milho, com inoculação de uma mistura de bactérias diazotróficas, quanto ao acúmulo de biomassa e N, por meio da técnica de diluição isotópica do ¹⁵N. O experimento foi conduzido em um tanque de concreto de 120 m² e 60 cm de profundidade, preenchido com Argissolo Vermelho-Amarelo. Os genótipos variaram quanto à produção de grãos, matéria seca total e acúmulo de N, mas não houve diferenças no enriquecimento de ¹⁵N, o que demonstra que a produção e o acúmulo de N foram conseqüência da variabilidade genotípica para extrair N do solo.

Termos para indexação:Azospirillum, Zea mays, bactérias diazotróficas, germoplasma.

ABSTRACT

The aim of this work was to compare nine genotypes of maize inoculated with a mixture of diazotrophic bacteria, and to quantify the contribution of biological nitrogen fixation (BNF). In order to quantify the BNF, isotopic dilution technique was used, in a concrete tank loaded with Ultissol horizon B, labelled with ¹⁵N. Differences were observed between total dry matter, grain production and N accumulation but differences in the enrichment of ¹⁵N were not observed, showing that the productivity and N accumulation were a result of the phenotype variability in extract N from the soil.

Index terms:Azospirillum, Zea mays, diazotrophic bacteria, gemoplasm.

Os fertilizantes nitrogenados representam 75% dos custos da adubação do milho, o que corresponde a cerca de 40% dos custos totais de produção da cultura (Machado et al., 1998). Coelho & França (1995) mostraram que na produtividade de 3,65 Mg ha^-1, são extraídos 77 kg de N e, na produtividade de 5,8 Mg ha^-1, a extração de N chega a 100 kg ha^-1. Uma alternativa para a economia de fertilizante nitrogenado é a fixação biológica de nitrogênio (FBN).

Várias bactérias diazotróficas foram isoladas da cultura de milho, destacando-se as espécies Azospirillum lipoferum, A. brasilense e Herbaspirillum seropedicae, sendo as espécies mais estudadas as do gênero Azospirillum (Reis et al., 2000). Em condições de campo, a utilização de estirpes de Azospirillum brasilense aumentou a biomassa seca da parte aérea e de grãos de milho plantado na Argentina e no Brasil (Fulchieri & Frioni, 1994; Purcino et al., 1996). Estudos sobre inoculação de Azospirillum em diferentes gramíneas, entre elas o milho, têm demonstrado que existe potencial para a produção de inoculantes com base nesse microrganismo (Dobbelaere et al., 2001), apesar de o efeito positivo estar mais relacionado à produção de fitormônios do que a FBN.

O objetivo deste trabalho foi comparar nove genótipos de milho, com inoculação de uma mistura de bactérias diazotróficas, quanto à produção de grãos, biomassa da parte aérea e acúmulo de N por meio da técnica de diluição isotópica de ¹⁵N.

Os híbridos de milho avaliados foram BR 201 M, HS 20x22, BR 205 e Dekalb 644. As variedades em estudo foram Sintético Elite, selecionado a partir de linhagens Elite com predomínio da raça Tuxpeño; CMS 08, denominado Composto Nacional; Sol da Manhã NF, selecionada para solos de baixa fertilidade; Nitrodente; e Catetão, variedade local de polinização aberta com predomínio do germoplasma Cateto. Além do milho, foi plantada uma outra gramínea como controle, não fixador, para quantificar a contribuição da FBN, o Panicum spp. (KK 16) (Miranda & Boddey, 1987).

A técnica de diluição isotópica de ¹⁵N foi conduzida em um tanque de concreto de 120 m² e 0,60 m de profundidade, contendo terra do horizonte B de um Argissolo da série Itaguaí, marcado com ¹⁵N, extraído da área experimental da Embrapa Agrobiologia, como descrito por Urquiaga et al. (1992). As características químicas do solo foram: pH em água, 6,1; Al, 0,0 cmol_c dm^-3; Ca, 3,2 cmol_c dm^-3; Mg, 0,8 cmol_c dm^-3; P, 8,2 cmol_c dm^-3; K, 117 cmol_c dm^-3; N, 0,8 g kg^-1 e C, 2,4 g kg^-1. Na semeadura, a adubação consistiu da aplicação do equivalente a 50 kg ha^-1 de P₂O₅ e 30 kg ha^-1 de K₂O, além de sulfato de zinco (0,4 kg ha^-1).

O tanque foi dividido em quatro blocos e as sementes de milho e Panicum foram distribuídas em linhas de 3 m espaçadas de 1 m, com 15 plantas por linha. Todas as plantas foram cultivadas com uma mistura de bactérias diazotróficas, das espécies Azospirillum lipoferum estirpe S82, A. amazonense estirpe Am 76 e Burkholderia kururiensis estirpe M 130, feita com utilização de turfa, aplicada diretamente nas sementes de milho (109 ufc g^-1). As culturas microbianas foram desenvolvidas em erlenmeyer de 250 mL, contendo 50 mL de meio de cultivo líquido NFb (Döbereiner et al., 1995), acrescido de 1 g L^-1 de cloreto de amônio, durante 24 a 48 horas, até atingirem a densidade ótica 1 (a 436 nm). A turfa, moída e esterilizada, foi neutralizada com carbonato de cálcio e esterilizada duas vezes a 121ºC, em autoclave, com intervalo de 24 horas, e misturada às bactérias diazotróficas, de forma a atingir o valor de 10⁹ células por grama de turfa.

Aos 45 dias após a semeadura e novamente aos 80 dias, foram retiradas amostras de raízes, colmos e folhas para a contagem da população de bactérias diazotróficas, com a utilização da técnica de contagem por meio do número mais provável (NMP), conforme Döbereiner et al. (1995). Para isto, foram utilizados meios de cultivo semi-seletivos, semi-sólidos e sem adição de N. Na contagem das bactérias, foi utilizada a tabela de McCrady com três repetições por diluição (Döbereiner et al., 1995). A matéria seca da parte aérea foi determinada depois da secagem do material em estufa com ventilação forçada a 65ºC por 72 horas. As amostras foram pesadas e moídas em moinho de bolas com abertura de malha 40 (partículas <0,167 mm).

Os grãos de milho foram secados ao ar até atingir 13% de umidade. Os teores de N foram determinados pelo método semimicro Kjeldahl, destilação e titulação, conforme Bremner & Mulvaney (1982). O conteúdo de N foi determinado na parte aérea e nos grãos, a partir do produto do teor de N (%) pela massa seca (g) e foram efetuadas as devidas transformações de unidades para o equivalente a kg ha^-1. No final do ciclo reprodutivo, foi determinado o enriquecimento de ¹⁵N da palha e dos grãos, com o qual foi possível calcular o enriquecimento de ¹⁵N ponderado da planta inteira. Com esses valores, comparados com os obtidos do controle (Panicum spp., KK16), foi possível estimar a contribuição da FBN na nutrição da cultura, conforme Urquiaga et al. (1992). Os testes estatísticos (análise de variância e testes de médias) foram realizados por meio do programa MSTAT C (Mischigan State University). As médias foram comparadas, utilizando-se o teste Tukey, a 5% de probabilidade.

As avaliações do estabelecimento e colonização das três estirpes de bactérias diazotróficas inoculadas nas plantas de milho foram realizadas aos 54 e 80 dias. Foi observado que as bactérias localizam-se freqüentemente nas raízes, seguidas pelos colmos e folhas. Ocorreu aumento na população de bactérias na segunda amostragem (Tabela 1) e o menor número de células de bactérias diazotróficas foi encontrado no híbrido Dekalb 644, nas duas avaliações e nos três meios de cultivo. Machado et al. (1998) utilizaram a estirpe Am76 de A. amazonense além de outras espécies de diazotrófos, tais como: Herbaspirillum seropedicae (HS136) e Azospirillum lipoferum (S82 e CMS22), e observaram correlação positiva entre presença de A. amazonense e atividade da enzima glutamina sintetase, principalmente na raiz da 'Sol da Manhã NF'. Quanto ao acúmulo de biomassa, as variedades de milho foram diferentes (Tabela 2). O Dekalb 644 apresentou a menor produção de massa seca da parte aérea (palha), além do menor número de bactérias diazotróficas. Entre os híbridos, a produção média de biomassa seca da palha variou em torno de 3.000 kg ha^-1, e o rendimento de grãos cerca de 2.000 kg ha^-1.

Quanto às variedades, o comportamento foi contrário ao observado nos híbridos; a produção média de palha foi maior (cerca de 3.400 kg ha^-1), e a de grãos menor que a dos híbridos (cerca de 1.300 kg ha^-1). No caso dos híbridos, a média de rendimento de grãos foi baixa em razão da baixa produtividade do Dekalb 644, que apresentou valores de rendimento similar ao das variedades. Quanto ao acumulo de N total pela planta, os valores variaram de 22 a 39,50 kg ha^-1, acompanhando a produção de biomassa da planta inteira (incluído os grãos), o que reflete o grau de adaptação dos materiais e as condições de solos pobres em N disponível. No entanto, como todos os valores de enriquecimento de ¹⁵N das plantas de milho foram similares aos da testemunha não fixadora (Panicum spp., KK16), pode-se dizer que todos os híbridos e variedades de milho não receberam significativa contribuição da FBN, mesmo quando as bactérias diazotróficas estavam presentes no interior das plantas de milho. Resultados semelhantes foram obtidos em plantas de sorgo e milheto (Lee et al., 1994).

Riggs et al. (2001) observaram que os sintomas de deficiência de N não foram atentados por nenhuma das 23 estirpes de bactérias diazotróficas usadas em plantas de milho, tanto em vaso como no campo, mas não mediram a contribuição da FBN. Garcia de Salomone et al. (1996) testaram quatro genótipos quanto à contribuição da FBN, utilizando solo marcado com ¹⁵N. Excetuados os problemas possivelmente originados da estabilização do isótopo no solo, de acordo com os resultados de ¹⁵N, ocorreu contribuição significativa da FBN nos genótipos Dekalb 4D 70 e CMS 22 plantados na Argentina.

As diferenças entre as plantas de milho, em extrair N do solo, somente obedeceram às diferenças dos genótipos na recuperação do N disponível, em que pode haver a participação da biota do solo (micorrizas etc). A própria inoculação das bactérias diazotróficas, que interagem com os genótipos de milho, influenciou o desenvolvimento radicular e a absorção de nutrientes pelas plantas. Os parâmetros índices de colheita de grãos (ICG) e N (ICN) dão idéia da adaptação dos genótipos de milho a solos pobres em N disponível.

O ICG variou de 19 a 44%, e o ICN de 41 a 66%. Os mais altos valores desses parâmetros foram associados com os genótipos de maior rendimento de grãos com menor produção de palha (BR 201 M, Dekalb 644, Sintético Elite e HS 20x22), o que demonstra que são mais eficientes em utilizar o N extraído do solo. Esta é uma característica ecologicamente importante, pois causa menos empobrecimento dos solos, ou maior eficiência na absorção do N, e por isso esses genótipos necessitariam de menor quantidade de fertilizante nitrogenado por unidade de rendimento de grão.

Machado et al. (2001) compararam duas variedades utilizadas neste estudo, Sol da Manhã NF e Catetão, e observaram que a primeira apresentou menor acúmulo de biomassa seca do que a segunda, mas foi capaz de produzir mais grãos, o que mostra diferença na eficiência do uso do N absorvido pelos dois genótipos. Considerando-se que os genótipos de milho se desenvolveram em solo com baixo N total (0,08%) e muito pobre em N mineral disponível, a produção de grãos superior a 1.700 kg ha^-1 dos genótipos HS 20x22, BR 201M, BR 205, CMS 08 pode ser considerada boa, embora não diferindo do Dekalb 644.

As bactérias diazotróficas inoculadas colonizaram raízes, colmos e folhas dos nove genótipos de milho estudados e as maiores populações foram encontradas nas raízes. Os nove genótipos de milho diferiram no rendimento de grãos, produção de biomassa e no acúmulo de N e não foi observada contribuição da fixação biológica de nitrogênio.

Agradecimentos

Ao CNPq, pela concessão de bolsa de iniciação científica, ao primeiro autor, e de produtividade em pesquisa, aos demais autores.

Recebido em 27 de outubro de 2005 e aprovado em 19 de setembro de 2006

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Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  17 Jan 2007
• Data do Fascículo
  Nov 2006

Histórico

• Aceito
  19 Set 2006
• Recebido
  27 Out 2005