Supplementation with Mo, Co, and Ni Enhances the Effectiveness of Co-Inoculation with the Rhizobacteria Azospirillum brasilense and Bradyrhizobium diazoefficiens in Soybean

Resumo

A fixação biológica de nitrogênio (FBN) eficiente é crucial para a produtividade sustentável da soja. As estratégias atuais envolvem o uso de Bradyrhizobium diazoefficiens e a co-inoculação com bactérias promotoras de crescimento de plantas, como Azospirillum brasilense. Para otimizar ainda mais a FBN e o desempenho das plantas, investigamos o efeito da co-inoculação com A. brasilense (AZO) e B. diazoefficiens (BRADY) combinada com a aplicação estratégica dos micronutrientes Molibdênio (Mo), Cobalto (Co) e Níquel (Ni) na soja cultivada em condições de casa de vegetação. Avaliamos o crescimento das plantas, parâmetros fotossintéticos, acúmulo de N, atividade da nitrato redutase e expressão do gene nifH no estágio reprodutivo R1. Nossa principal descoberta foi que a co-inoculação combinada com a aplicação simultânea de Mo, Co e Ni maximizou significativamente o crescimento vegetativo, a eficiência fotoquímica e a FBN. Especificamente, essa suplementação tripla aumentou a expressão do gene nifH (0,22) em comparação com o controle inoculado (0,003), levando a um substancial aprimoramento dos parâmetros fotossintéticos, incluindo a eficiência do fotossistema II (PSII) e a assimilação líquida de carbono (A). Por exemplo, a massa seca total foi de 14,36 g na combinação Mo + Co + Ni + AZO + BRADY e 6,50 g nas plantas não inoculadas e não tratadas com micronutrientes. O conteúdo total de N também foi maior nas plantas tratadas com Mo + Co + Ni + AZO + BRADY (73,20 g. kg⁻¹). Crucialmente, os dados também demonstraram que níveis excessivos de Co prejudicaram a simbiose, ressaltando a necessidade de um gerenciamento preciso da dose. Esses resultados confirmam o forte potencial sinérgico de combinar a co-inoculação microbiana com a nutrição mineral direcionada como uma estratégia sustentável de alto impacto para aumentar a produtividade da soja.

Abstract

Efficient biological nitrogen fixation (BNF) is crucial for sustainable soybean productivity. Current strategies involve the use of Bradyrhizobium diazoefficiens and co-inoculation with plant growth-promoting bacteria like Azospirillum brasilense. To further optimize BNF and plant performance, we investigated the effect of co-inoculation with A. brasilense and B. diazoefficiens combined with the strategic application of the micronutrients Molybdenum (Mo), Cobalt (Co), and Nickel (Ni) on soybean grown under greenhouse conditions. We evaluated plant growth, photosynthetic parameters, accumulation of N, nitrate reductase activity, and nifH gene expression at the R1 reproductive stage. Our main finding was that the co-inoculation combined with the simultaneous application of Mo, Co, and Ni significantly maximized vegetative growth, photochemical efficiency, and BNF. Specifically, this triple supplementation increased nifH gene expression (0.22) compared to the inoculated control (0.003), leading to a substantial enhancement of photosynthetic parameters, including photosystem II (PSII) efficiency and net carbon assimilation (A). For example, the total dry mass was 14.36 g in the Mo + Co + Ni + AZO + BRADY combination and 6.50 g in the non-inoculated and non-micronutrient-treated plants. The total N content was also higher in the plants treated with Mo + Co + Ni + AZO + BRADY (73.20 g kg−1). Crucially, the data also demonstrated that excessive levels of Co impaired the symbiosis, underscoring the necessity of precise dose management. These results confirm the strong synergistic potential of combining microbial co-inoculation with targeted mineral nutrition as a high-impact, sustainable strategy for boosting soybean productivity.