Foliar application of fertilizers and biostimulant has a strong impact on the olive (Olea europaea) rhizosphere microbial community profile and the abundance of arbuscular mycorrhizal fungi

Resumo

Muitos estudos sobre bioestimulantes e fertilizantes à base de nutrientes para oliveiras têm-se centrado na capacidade destes produtos para aumentar a produtividade da azeitona e melhorar a qualidade do azeite. No entanto, pouca informação está disponível sobre os seus efeitos nas comunidades microbianas da rizosfera. Considerando que se sabe que os microrganismos associados às plantas desempenham um papel fundamental na produtividade e na saúde do seu hospedeiro. O objetivo deste estudo foi avaliar os efeitos da aplicação foliar de um bioestimulante e fertilizantes mineral foliar na fotossíntese, no perfil de carboidratos das raízes e na estrutura da comunidade microbiana do solo. Atenção específica foi dada aos fungos micorrízicos arbusculares (AM). O ácido graxo fosfolipídico (PLFA) 16:1ω5 e o ácido graxo lipídico neutro (NLFA)16:1ω5 nas raízes (micélio intrarradical) e no solo (micélio extrarradical) foram utilizados como biomarcadores para fungos AM. A experimentação consiste na aplicação foliar anual de seis tratamentos à base de nutrientes durante duas safras sucessivas: TC (árvores não tratadas), T1 (fertilizante à base de nitrogênio), T2 (bioestimulante rico em boro, magnésio, enxofre, manganês e aminoácidos), T3 (produtos ricos em fósforo, potássio e boro), T4 (produto rico em fósforo, cálcio e zinco), T12 (aplicação de T1 e T2) e T1234 (aplicação de T1, T2, T3 e T4). No final da experiência, a análise estatística revelou uma modificação significativa dos perfis de macronutrientes e micronutrientes das folhas de oliveira, o que provocou um aumento significativo da fotossíntese e induziu alterações quantitativas na maioria dos açúcares individuais das raízes, essencialmente as formas translocadas de açúcares (sacarose e manitol). A aplicação foliar de fertilizantes e bioestimulante aumentou os biomarcadores PLFA indicativos de bactérias Gram-positivas (i15:0, i16:0), bactérias Gram-negativas (16:1ω7, 16:1ω9, cy17:0, 18:1ω7 e cy19:0 ) e actinobactérias (10Me16:0). O nível de NLFA 16:1ω5 tanto na rizosfera quanto nas raízes aumentou significativamente sob a fertilização foliar, porém o nível de PLFA 16:1ω5 não pareceu ser significativamente influenciado, sugerindo que a formação de esporos e vesículas foi mais sensível à fertilização foliar do que a desenvolvimento de hifas. A relação NLFA 16:1ω5/PLFA 16:1ω5, nas raízes das oliveiras, apresentou um aumento significativo, indicando que os fungos AM alocaram alto carbono às estruturas de armazenamento após a adubação foliar. Nosso estudo fornece evidências de que a adubação foliar induz mudanças rápidas em grupos microbianos específicos, que por sua vez aumentam o metabolismo do carbono na rizosfera.

Abstract

Many studies on biostimulants and nutrient-based fertilizers of olive trees have been focused on the ability of these products to increase olive productivity and ameliorate oil quality. However, little information is available on their effects on rhizosphere microbial communities; whereas it is well known that microorganisms associated with plants play a key role on the productivity and the health of their host. The aim of this study was to evaluate the effects of foliar application of a biostimulant and nutrient fertilizers on photosynthesis, carbohydrate profile of the roots and soil microbial community structure. Specific attention was paid to arbuscular mycorrhizal (AM) fungi. The phospholipid fatty acid (PLFA) 16:1ω5 and the neutral lipid fatty acid (NLFA)16:1ω5 in the roots (intraradical mycelium) and in the soil (extraradical mycelium) were used as biomarkers for AM fungi. Experimentation consists of the annual foliar application of six nutrient-based treatments during two successive growing seasons: TC (untreated trees), T₁ (nitrogen-based fertilizer), T₂ (biostimulant rich in boron, magnesium, sulfur, manganese and amino acids), T₃ (products rich in phosphorus, potassium and boron), T₄ (product rich in phosphorus, calcium and zinc), T₁₂ (application of T₁ and T₂) and T₁₂₃₄ (application of T₁, T₂, T₃ and T₄). At the end of the experiment, statistical analysis revealed a significant modification of macronutrient and micronutrient profiles of olive leaves, which caused a significant increase of photosynthesis and induced quantitative changes in the most of individual root sugars, essentially the translocated forms of sugars (sucrose and mannitol). Foliar application of fertilizers and biostimulant increased the PLFA biomarkers indicative of Gram-positive bacteria (i15:0, i16:0), Gram-negative bacteria (16:1ω7, 16:1ω9, cy17:0, 18:1ω7 and cy19:0) and actinobacteria (10Me16:0). The level of NLFA 16:1ω5 in both the rhizosphere and roots, increased significantly under foliar fertilization, however the level of PLFA 16:1ω5 did not appear to be significantly influenced, suggesting that spore and vesicle formation was more sensitive to foliar fertilization than the hyphae development. The NLFA 16:1ω5/PLFA 16:1ω5 ratio, in the roots of olive trees, showed a significant increase, indicating that AM fungi allocated high carbon to storage structures following foliar fertilization. Our study provides evidence that foliar fertilization induces rapid changes in specific microbial groups, which in turn increase the rhizosphere carbon metabolism.