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Master's Dissertation
DOI
https://doi.org/10.11606/D.11.2020.tde-14012021-101344
Document
Author
Full name
Caio César Gomes Freitas
E-mail
Institute/School/College
Knowledge Area
Date of Defense
Published
Piracicaba, 2020
Supervisor
Committee
Andreote, Fernando Dini (President)
Pereira, Arthur Prudêncio de Araujo
Cherubin, Maurício Roberto
Cotta, Simone Raposo
Title in Portuguese
Estruturação do microbioma do solo por meio de culturas de cobertura
Keywords in Portuguese
Atividade enzimática
Genes funcionais
Produtividade da soja
Sucessões
Abstract in Portuguese
As culturas de cobertura têm potencial para moldar a estruturação do microbioma do solo. No entanto, este aspecto do uso de plantas de cobertura carece de estudos para que tenhamos uma melhor compreensão das formas que estas plantas atuam sobre a estruturação do microbioma e sua capacidade em promover maior abundância e atividade microbiana no solo. A partir daí, buscamos avaliar modificações na microbiota do solo, em resposta a sucessões de cultivo com culturas de cobertura. Para tanto, foi realizado experimento em casa de vegetação, com solo coletado em área subdividida em dois tipos de manejo, com características distintas, no qual um deles é composto por um solo sob vegetação nativa e o outro consiste num solo submetido ao manejo agrícola, o que fez com que os tratamentos fossem analisados em duas diferentes situações. O experimento compreendeu 12 tratamentos distribuídos em três ciclos, onde nos oito primeiros tratamentos dos dois ciclos iniciais, houve uma sucessão entre as seguintes espécies de plantas de cobertura: Trigo mourisco (Fagopyrum esculentum), Crotalaria juncea, Crotalaria spectabilis, Milheto (Pennisetum glaucum) e Urochloa ruziziensis. As Crotalarias e o trigo mourisco compuseram o primeiro ciclo. O segundo ciclo foi composto pelo milheto, U. ruziziensis e trigo mourisco. Neste segundo ciclo, as gramíneas sucederam todas as coberturas e o trigo mourisco sucedeu os tratamentos do qual ele não fez parte no primeiro ciclo. Os demais tratamentos foram o MIX, que contou com um consórcio de plantas de cobertura nos dois ciclos iniciais, e os tratamentos SC, VE e SJ, que compreenderam os tratamentos com solo sem cobertura, vegetação espontânea e plantas de soja, respectivamente, nos dois primeiros ciclos. No terceiro ciclo, os vasos de todos os tratamentos foram cultivados com a cultura da soja, no intuito de verificar um provável efeito das coberturas dos ciclos anteriores na produtividade da cultura. As mudanças na microbiota do solo foram avaliadas por meio da atividade das enzimas β-glucosidase, fosfatase ácida e arilsulfatase, ao final de cada ciclo. A abundância dos genes funcionais nifH (atribuído aos fixadores de N) e phoD (atribuído aos solubilizadores de Po) foram avaliadas por meio da PCR quantitativa em tempo real (qPCR) ao final dos dois primeiros ciclos. Mudanças na estrutura da comunidade bacteriana e fúngica foram acessadas por meio da análise de T-RFLP ao final do segundo ciclo. No término do terceiro ciclo foram avaliadas características quantitativas quanto ao desempenho agronômico das plantas de soja quando atingiram o estádio fenológico R8. As sucessões de culturas de cobertura proporcionaram maiores atividades da β-glucosidase -glucosidase, fosfatase ácida e arilsulfatase no solo. As plantas de cobertura contribuíram para maior abundância dos genes funcionais, com destaque para o tratamento MIX que promoveu um efeito acumulado que proporcionou valores superiores de log de nifH por grama de solo em relação aos demais tratamentos. As sucessões com plantas de cobertura modificaram a estrutura da comunidade bacteriana e fúngica do solo. A estruturação diferencial no microbioma do solo proporcionada pelas sucessões de culturas de cobertura, contribuíram com o desenvolvimento das plantas de soja, com destaque na estimativa de produtividade para o tratamento com a sucessão de C. juncea e milheto no solo advindo de área com vegetação nativa, e para os tratamentos com a sucessão de C. juncea e trigo mourisco, C. juncea e milheto, C. spectabilis e U. ruziziensis e MIX no solo advindo de área submetida ao manejo agrícola. Se bem manejadas, as culturas de cobertura têm capacidade de moldar o microbioma do solo, melhorando seus atributos, com potencial para incrementar a produtividade da soja.
Title in English
Structuring the soil microbiome using cover crops
Keywords in English
Enzymatic activity
Functional genes
Soybean productivity
Successions
Abstract in English
Cover crops have the potential to shape the structure of the soil microbiome. However, this aspect of the use of cover crops needs studies so that we have a better understanding of the ways that these plants act on the structuring of the microbiome and its ability to promote greater abundance and microbial activity in the soil. From there, we sought to evaluate changes in the soil microbiota, in response to cultivation successions with cover crops. For this purpose, an experiment was carried out in a greenhouse, with soil collected in an area divided into two types of management, with different characteristics, in which one is composed of soil under native vegetation and the other consists of soil subjected to agricultural management, which caused the treatments to be analyzed in two different situations. The experiment comprised 12 treatments distributed in three cycles, where in the first eight treatments of the initial two cycles, there was a succession between the following species of cover plants: Buckwheat (Fagopyrum esculentum), Crotalaria juncea, Crotalaria spectabilis, Millet (Pennisetum glaucum) and Urochloa ruziziensis. Crotalarias and buckwheat comprised the first cycle. The second cycle was composed of millet, U. ruziziensis and buckwheat. In this second cycle, the grasses followed all coverages and the buckwheat followed the treatments of which he was not part of the first cycle. The other treatments were MIX, which had a consortium of cover plants in the two initial cycles, and the treatments SC, VE and SJ, which comprised treatments with soil without cover, spontaneous vegetation and soy plants, respectively, in the two first cycles. In the third cycle, the pots of all treatments were grown with the soybean crop, in order to verify a likely effect of the coverages from the previous cycles on the crop productivity. The changes in the soil microbiota were evaluated through the activity of the enzymes β-glucosidase, acid phosphatase and arylsulfatase, at the end of each cycle. The abundance of the functional genes nifH (assigned to N fixers) and phoD (assigned to Po solubilizers) were evaluated using real-time quantitative PCR (qPCR) at the end of the first two cycles. Changes in the structure of the bacterial and fungal community were accessed through the analysis of T-RFLP at the end of the second cycle. At the end of the third cycle quantitative characteristics were evaluated regarding the agronomic performance of soybean plants when they reached the phenological stage R8. The succession of cover crops provided greater activities of β-glucosidase, acid phosphatase and arylsulfatase in the soil. Coverage plants contributed to a greater abundance of functional genes, with emphasis on the MIX treatment, which promoted an accumulated effect that provided higher values of nifH log per gram of soil compared to the other treatments. The succession with cover crops modified the structure of the bacterial and fungal community of the soil. The differential structure in the soil microbiome provided by the succession of cover crops, contributed to the development of soybean plants, with emphasis on the estimate of productivity for the treatment with the succession of C. juncea and millet in the soil coming from an area with native vegetation, and for treatments with the succession of C. juncea and buckwheat, C. juncea and millet, C. spectabilis and U. ruziziensis and MIX in the soil coming from an area subjected to agricultural management. If properly managed, cover crops are able to shape the soil microbiome, improving its attributes, with the potential to increase soybean productivity.
 
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Publishing Date
2021-01-15
 
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