Effects of agronomical measures on the microbial diversity of soils as related to the suppression of soil-borne plant pathogens

Resumo

A diversidade das comunidades microbianas do solo pode ser fundamental para a capacidade dos solos de suprimir doenças vegetais transmitidas pelo solo. Como se sabe que as práticas agrícolas, bem como as medidas agronômicas direcionadas, podem afetar a diversidade microbiana do solo, é plausível que a microflora do solo possa ser orientada para uma maior supressão das doenças transmitidas pelo solo, como resultado da seleção de regimes adequados de manejo do solo. No contexto de um programa destinado a investigar a diversidade microbiana dos solos sob diferentes regimes agrícolas, incluindo pastagens permanentes versus terras aráveis sob rotação agrícola, avaliamos como a diversidade microbiana do solo é afetada em relação à supressão do patógeno da batata transmitido pelo solo Rhizoctonia solani AG3. A diversidade nas comunidades microbianas ao longo de uma estação de cultivo foi descrita usando métodos baseados em cultivo – plaqueamento em diferentes meios – e independentes de cultivo – PCR baseado em DNA do solo seguido por eletroforese em gel de gradiente desnaturante (DGGE) para identificação da comunidade. Os resultados mostraram grande diversidade na microbiota do solo, tanto nos níveis de detecção cultivável quanto independente de cultivo. Usando métodos de cultivo, foram detectadas várias diferenças entre os tratamentos no que diz respeito aos tamanhos das populações bacterianas e fúngicas, com os maiores tamanhos de população geralmente encontrados nas rizosferas. Além disso, a uniformidade dos tipos bacterianos ecofisiologicamente diferentes foi maior nas pastagens do que nas terras aráveis em rotação. No nível independente de cultivo, foram evidentes diferenças claras na diversidade de vários grupos microbianos entre pastagens permanentes e terras aráveis em rotação. Os bioensaios que avaliaram o crescimento das hifas de R. solani AG3 através do solo indicaram uma maior supressão do crescimento em pastagens do que em solos aráveis. Da mesma forma, um experimento realizado em estufa mostrou diferenças claras tanto na diversidade microbiana quanto na supressão do crescimento de R. solani no solo, dependendo da presença de milho ou aveia como cultura. A importância dessas descobertas para a elaboração de estratégias de manejo do solo é discutida.

Abstract

The diversity of soil microbial communities can be key to the capacity of soils tosuppress soil-borne plant diseases. As agricultural practice, as well as directedagronomical measures, are known to be able to affect soil microbial diversity, it isplausible that the soil microflora can be geared towards a greater suppressivity ofsoil-borne diseases as a result of the selection of suitable soil management regimes.In the context of a programme aimed at investigating the microbial diversity of soilsunder different agricultural regimes, including permanent grassland versus arableland under agricultural rotation, we assessed how soil microbial diversity is affectedin relation to the suppression of the soil-borne potato pathogen Rhizoctoniasolani AG3. The diversity in the microbial communities over about a growingseason was described by using cultivation-based – plating on different media – and cultivation-independent – soil DNA-based PCR followed by denaturing gradient gel electrophoresis (DGGE) community fingerprinting – methods. The results showed great diversity in the soil microbiota at both the culturable and cultivation-independent detection levels. Using cultivation methods, various differences between treatments with respect to sizes of bacterial and fungal populations were detected, with highest population sizes generally found in rhizospheres. In addition, the evenness of eco-physiologically differing bacterial types was higher in grassland than in arable land under rotation. At the cultivation-independent level, clear differences in the diversities of several microbial groups between permanent grassland and arable land under rotation were apparent. Bio-assays that assessed the growth of R. solani AG3 hyphae through soil indicated a greater growth suppression in grassland than in arable land soils. Similarly, an experiment performed in the glasshouse showed clear differences in both microbial diversities and suppressiveness of R. solani growth in soil, depending on the presence of either maizeor oats as the crop. The significance of these findings for designing soil managementstrategies is discussed.