A combination of humic substances and Herbaspirillum seropedicae inoculation enhances the growth of maize (Zea mays L.)

Resumo

Bactérias diazotróficas endofíticas colonizam várias plantas não leguminosas e promovem o crescimento vegetal. Diferentes mecanismos estão envolvidos na promoção do crescimento vegetal induzido por bactérias, incluindo fixação biológica de nitrogênio (FBN), solubilização de minerais, produção de fitohormônios e biocontrole de patógenos. Herbaspirillum seropedicae é um endófito de ampla gama de hospedeiros que coloniza cana-de-açúcar, arroz, trigo, sorgo e milho e tem sido usado como biofertilizante. Resultados contrastantes entre experimentos em estufa e em campo levaram a esforços para melhorar a consistência da resposta da planta à estimulação microbiana. O objetivo deste estudo foi avaliar o efeito da presença de substâncias húmicas na inoculação de milho (Zea mays L.) com H. seropedicae. Foram conduzidos dois experimentos: um em casa de vegetação utilizando areia e solução nutritiva e outro em campo, em solo de baixa fertilidade natural e ao qual foi aplicado N na forma de uréia (50 kg ha-1). Em casa de vegetação, sementes pré-emergentes foram inoculadas com solução de H. seropedicae (109 células mL−1) na presença de substâncias húmicas isoladas de vermicomposto (10, 20 ou 30 mg C L−1); no ensaio de campo, bactérias combinadas com humato foram adicionadas como uma pulverização foliar (450 L ha−1). Nos estágios iniciais (7 e 45 dias de idade) em casa de vegetação, o tratamento ativou o metabolismo da planta, incluindo aumento da atividade da membrana plasmática H+-ATPase, alteração do metabolismo de açúcar e N e maior fotossíntese líquida. O número de células bacterianas viáveis foi maior nos tecidos radiculares quando a inoculação foi na presença de substâncias húmicas solúveis. A aplicação foliar de bactérias diazotróficas endofíticas e substâncias húmicas aumentou a produção de grãos de milho em 65% em condições de campo. Esses resultados mostram um uso promissor de substâncias húmicas para melhorar o benefício da inoculação diazotrófica endofítica.

Abstract

Endophytic diazotrophic bacteria colonize several non-leguminous plants and promote plant growth. Different mechanisms are involved in bacteria-induced plant growth promotion, including biological nitrogen fixation (BNF), mineral solubilization, production of phytohormones, and pathogen biocontrol. Herbaspirillum seropedicae is a broad-host-range endophyte that colonizes sugarcane, rice, wheat, sorghum, and maize, and has been used as a biofertilizer. Contrasting results between greenhouse and field experiments have prompted efforts to improve the consistency of the plant response to microbial stimulation. The aim of this study was to evaluate the effect of the presence of humic substances on inoculation of maize (Zea mays L.) with H. seropedicae. Two experiments were conducted: one in the greenhouse using sand and nutrient solution and the other a field trial in soil with low natural fertility and to which was applied N in the form of urea (50 kg ha−1). In the greenhouse, pre-emerging seeds were inoculated with a solution of H. seropedicae (109 cells mL−1) in the presence of humic substances isolated from vermicompost (10, 20, or 30 mg C L−1); in the field trial, bacteria combined with humate were added as a foliar spray (450 L ha−1). At early stages (7 and 45 days old) in the greenhouse, the treatment activated plant metabolism including enhancement of plasma membrane H+-ATPase activity, alteration of sugar and N metabolism, and greater net photosynthesis. The number of viable bacterial cells was higher in root tissues when inoculation was in the presence of soluble humic substances. Foliar application of endophytic diazotrophic bacteria and humic substances increased maize grain production 65 % under field conditions. These results show a promising use of humic substances to improve the benefit of endophytic diazotrophic inoculation.