BR112015006330B1 - Método para aumentar o crescimento e/ou rendimento de plantas e composição de matéria - Google Patents
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Abstract
RIZOBACTÉRIAS BACILLUS FIRMUS SOLUBILIZADORAS DE FOSFATO COMO BIOFERTILIZANTE PARA AUMENTAR A PRODUÇÃO DE CANOLA. Uma rizobactéria promotora de crescimento de planta solubilizadora de fosfato biologicamente puro (PGPR) XSB375 foi isolada de rizosfera de canola e identificada como Bacillus firmus é aqui fornecida. A PGPR é capaz de solubilizar fosfato que realça o fósforo disponível na planta. A PGPR XSB375 aumenta germinação de semente, florescimento precoce, vigor da planta, crescimento da raiz e parte aérea, e melhor rendimento de safra. Este crescimento, desenvolvimento e rendimento de safra aumentado é atribuído de não apenas a maior solubilização de fosfato tornando o fósforo mais disponível à planta, mas também tornando outros nutrientes de planta essenciais mais disponíveis à planta e semelhantes. A aplicação destas PGPR solubilizadoras de fosfato pode ser feita como suspensão líquida ou materiais sólidos utilizando no solo, mistura de envasamento, sementes, pedaços de sementes, mudas, folha, materiais portadores, raízes e plantio do solo.
Description
[001]O presente pedido reivindica o benefício do Pedido de Patente Provisório US Número de Série 61/731.706, depositado em 30 de novembro de 2012.
[002]A presente invenção refere-se genericamente ao campo da biofertiliza- ção e plantas inoculantes. Mais especificamente, a presente invenção refere-se à aplicação de rizobactérias solubilizadoras de fosfato que ocorre naturalmente para aumentar o crescimento, desenvolvimento e produção de canola.
[003]O fósforo (P) é um nutriente essencial para o crescimento e desenvolvimento de plantas, constituindo até 0,2% em peso seco. O fósforo é tipicamente insolúvel ou deficientemente solúvel em solos. Embora o teor de P médio de solos é de cerca de 0,05% (p/p), apenas 0,1% do P total existe na planta de forma acessível (Illmer et al., 1995, Soil Biology and Biochemistry 27: 260270). Como um resultado, grandes quantidades de formas solúveis de fertilizantes de P são aplicadas para satisfazer as exigências de cultura para atingir a produção máxima. As culturas necessitam de mais P do que é dissolvido na solução do solo para crescer economicamente, portanto, este P “pool” deve ser repostos muitas vezes durante a estação de crescimento. A capacidade de um solo manter níveis adequados na fase de solução é a chave para estado de P disponível na planta de um solo. Entretanto, as formas solúveis aplicadas de fertilizantes de P são facilmente precipitadas nas formas insolúveis, tais como trifosfato de cálcio [Ca3(PO4)2], fosfato férrico (FePO4), e fosfato de alumínio (AIPO4) (Achal et al., 2007, Soil Biology and Biochemistry 39: 695 - 699). P inorgânico é negativamente carregado na maioria dos solos. Por causa de sua química particular, P reage facilmente com íons de cálcio (Ca), ferro (Fe) e alumínio (Al) positivamente carregados para formar substâncias relativamente insolúveis. Quando isto ocorre, o P é considerado “fixo” ou “ligado”. Assim, P é fixo no solo bloqueando- se e tornando-se não disponível às plantas. Isto também é o caso no oeste do Canada como a maioria dos solos canadenses ocidentais é pH neutro para alcalino e minerais de fosfato de cálcio são os precipitados inorgânicos dominantes. Verificou- se que aproximadamente 75 a 90% de fertilizante de P aplicado é precipitado por cátions de Ca, Fe e Al. Estas formas insolúveis não são eficientemente tomadas pelas plantas e, assim, levam a um excesso de aplicação de fertilizante de P para campos de cultivo (Khan et al., 2007, Agronomy and Sustainable Development 27: 29 - 43). A aplicação de fertilizante de P inicialmente adiciona aos níveis de P disponível já presente no solo. Uma porção de P aplicado é utilizada no ano de aplicação (10 a 30%), e o P não utilizado remanescente reverte à forma de P de solo que torna-se crescentemente menos disponível à planta.
[004]De acordo com Goldstein et al. (1993, Bio/Technology 11: 1250 - 1254) os não fosfatos disponíveis construídos nos solos são adequados para sustentar rendimentos máximos de cultura em todo o mundo por cerca de 100 anos. Além disso, o excesso de aplicação de P também aumenta o potencial de perda de P em águas de superfície através de escoamento superficial ou subsuperficial que acelera a eutrofização de água doce. Isto é o processo em corpos de água de estimulação do crescimento de algas que finalmente morrem e se decompõem na água, e esgotam o oxigênio disponível. Os níveis de oxigênio reduzidos finalmente resultam em populações de plantas e animais aquáticos de ordem superior reduzidas. O P que pode contribuir para o enriquecimento de corpos de água e, consequentemente levar a eutrofização, é uma combinação de P que é ligado às partículas do solo menos do que 0,45 μm em tamanho que são transportadas durante movimento do solo. O risco de perdas de P para o ambiente através do escoamento superficial é maior em terras inclinadas, e onde o fertilizante é aplicado na superfície e, em seguida, seguido por chuva ou irrigação. Lagos de água doce em Manitoba são um desses exemplos de eutrofização. A eutrofização de mais água doce em torno do mundo é acelerada por entradas de P and, portanto, P é muitas vezes o elemento limitante, e seu controle é de primordial importância em reduzir a eutrofização acelerada de águas doces (USDA, 2003 in Agricultural phosphorus and eutrophication. Segunda Edição, (Sharpley, Daniel. Sims. Lemunvon. Stevens e Parry, eds) ARS-149, página 38).
[005]O fósforo é vital para sistemas de produção de alimentos estáveis e para proteger contra impactos de mudanças climáticas no solo. Isto é importante tanto para a produção agrícola e pecuária (AIC, 2010, Agriculture Institute of Canada Notes, 3 de junho, edição 22). Nem sempre é realizado, o fosfato é uma matéria-prima escassa, provavelmente a mais crítica. As reservas de P de alta qualidade estão diminuindo e o custo de fertilizantes está aumentando rapidamente. As reservas mundiais de fosfato (com teor de P2O5 >20%) parecem estar na faixa de 10.000 milhões de toneladas. Com um consumo anual futuro de 40 a 50 milhões de toneladas de P2O5, estas reservas durariam menos do que 200 anos (FAO, 2006, FAO (Food and Agriculture Organization) Fertilizer and Plant Nutrition Bulletin, página 348). Portanto, a utilização de fertilizantes de fosfato necessita ser tão criteriosa quanto possível e a eficiência do uso de nutrientes dos fertilizantes de fosfato é necessária ser melhorada consideravelmente. Isto é um tema particularmente relevante e importante à luz do aumento da população mundial.
[006]O fósforo no solo ocorre em ambas as formas orgânicas e inorgânicas que diferem muito em termos de sua solubilidade e mobilidade. Os fósforos aplicados através de fertilizantes minerais estão nas formas inorgânicas de diferente solubilidade. Mesmo em taxas ideais, a utilização de fertilizantes minerais e adubos orgânicos pode levar a uma acumulação de P no solo com o passar do tempo. As plantas retiram fosfato inorgânico em duas formas solúveis: íons monobásicos (H2PO4-) e dibásicos (HPO42-) (Vessey, 2003, Planta and Solo 255: 571 - 586; Baner- jee et al., 2006 in Hand Book of Microbial Biofertilizers (Rai, ed) páginas 137 - 181). Alguns dos micro-organismos do solo são capazes de solubilizar estas formas de P insolúveis através do processo de produção de ácido orgânico, quelação, reações de troca iônica e formação de substâncias poliméricas, e tornar P disponível às plantas (Vessey. 2003; Delvasto et al., 2006, Indian J. Mar. Sci. 29: 48 - 51; Chang e Yang, 2009, Bioresour. Technol. 100: 16481658). As inoculações de semente ou solo com micróbios solubilizadores de fosfato têm sido amplamente utilizadas para melhorar o crescimento e a produção de safra por solubilização de fosfatos fixos e aplicados (Nautiyal et al., 2000, FEMS Microbiology Letters 182: 291 - 296; Adese- moye e Kloepper, 2009, Applied Microbiology e Biotechnology 85: 1 - 12). As bactérias solubilizadoras de fosfato desempenha um papel em nutrição de P melhorando a sua disponibilidade às plantas através da liberação de pools de P em solo inorgânico e orgânico por solubilização e mineralização. O principal mecanismo no solo para solubilização de fosfato mineral é o abaixamento do pH do solo por produção microbiana de ácidos orgânicos e mineralização de P orgânico por enzima fosfatase ácida (Sharma et al., 2011, J. Microbiol. Biotech. Res. 1(2): 90 - 95). A existência de micro-organismos capazes de solubilizar várias formas de fosfatos foi relatada frequentemente noutro local (por exemplo, Khan et al., 2009, J. Agric. Biol. Sci. 1(1): 48 - 58; Chakkaravarthy et al., 2010, J. Biol. Sci. 10(6): 531535), mas o sucesso de utilizar as rizobactérias promotoras de crescimento de planta solubilizadoras de P (PGPR) como um bioinoculante comercial em diferentes condições agroclimáticas no Canadá (bem como nos EUA) ainda está para ser determinado apropriadamente. As PGPR e bactérias de rizosfera são os organismos do solo de vida livre que beneficiam o crescimento da planta por diferentes mecanismos (Glick, 1995, Canadian Journal of Microbiology 41: 109 - 117). A capacidade de micro-organismos solubilizar o fósforo é considerada ser uma das mais importantes características associadas com nutrição de P na planta (Chen et al., 2006, Applied Soil Ecology 34: 33 - 41). Conse- quentemente, um tratamento de semente biológica ou bioinoculante com formulação adequada com PGPR solubilizadora de P que ocorre naturalmente tem um tremendo potencial para realçar a produção em culturas de pradaria como a canola (Brassica napus L.) com custo de entrada mais baixo (por exemplo, Banerjee e Yesmin, 2000, Agronomy Abstracts, Annual Meeting, Soil Science Society of America, página 257). A canola é uma principal safra das pradarias canadenses (aprox. 20 milhões de hectares) e qualquer melhoria em seu rendimento potencial seria substancial aos fazendeiros canadenses, bem como a economia. Assim, o aumento da produção de canola com a realização de bioinoculantes de PGPR solubilizadoras de fosfato pode ser enorme. Em geral, a fertilização ou biofertilizante biológico é fundamentado na utili-zação de insumos naturais como micro-organismos (por exemplo, bactérias, fungos) e são utilizados para melhorar a disponibilidade de nutriente no solo, produzir o estimulante de crescimento para a planta, melhorar a estabilidade do solo, reciclar nutrientes, promover a simbiose de micorriza e desenvolver o processo de biorremedi- ação no solo (Carvajal-Munoz e Carmona-Garcia, 2012, Livestock Research for Rural Development 24(3): páginas 1 - 7). Consequentemente, as PGPR solubilizadoras de fosfato que ocorrem naturalmente podem ter um real potencial para ser utilizadas como um biofertilizante de canola para realçar a produção de canola em Canadá ocidental e em outro lugar.
[007]A Patente US 5.503.652 ensina o isolamento de cepas que são capazes de promover o crescimento radicular de plantas.
[008]A Patente US 5.503.651 ensina a utilização de cepas de PGPR em promover o crescimento de cereais, sementes oleaginosas e milho com base nas capacidades quimiotáticas e de colonização de raiz das cepas.
[009]A Patente US 6.406.690B1 ensina a utilização de cepa CNCN 1-1582 de Bacillus firmus e cepa CNCN 1-1562 de Bacillus cereus para controlar nematói- des patogênicos da planta.
[010]A Patente US 20060083725A1 ensina a utilização de uma cepa Bacillus firmus para suprimir a doença bacteriana e fúngica em raízes e tubérculos.
[011]As Patentes CN 1355292-A e 1142268-C ensinam a utilização de cepa BC9 KCCM 10865P de Bacillus firmus que são altamente capazes de remover odores desagradáveis e metais pesados de águas residuais de gado e o desperdício de alimentos.
[012]A Patente US 5.244.658 ensina o isolamento de cepa Pseudomonas cepacia que controla a podridão radicular causada por fungo Aphanomyces na ervilha.
[013]A Patente US 4.849.008 ensina aplicar Pseudomonas às raízes, plantas, sementes, pedaços de semente ou solo de culturas de raízes para melhorar o rendimento de cultura de raízes.
[014]A Patente US 6.194.193 ensina a utilização de uma formulação para melhorar o crescimento de planta que compreende uma mistura de cepas Bacillus e Paenbacillus que produzem fitormônios.
[015]A Patente US 5.589.381 ensina o isolamento de um elemento de bio- controle compreendendo uma cepa Bacillus licheniformis que controla o pulgão de plântula Fusarium no milho.
[016]A Patente US 6.232.270 ensina o tratamento de plantas por uma composição contendo ingrediente agricolamente ativo e aditivo intensificador contendo uma cultura pura de bactérias selecionadas de gênero Bacillus ou bactérias do solo, e a cultural adicional pode ser adicionada como células, esporos ou suspensões.
[017]O Pedido de Patente DE 20110257009 ensina um método curativo que controla os fungos fitopatogênicos de plantas utilizando uma composição de diti-ino- tetracarboximida e agente de controle biológico agricolamente benéfico.
[018]A Patente CA 2720739 ensina uma formulação aquosa agricolamente estável compreendendo de esporos bacterianos, esporos fúngicos e um solvente orgânico.
[019]A Patente US 8.008.545 ensina um método de produção de produtos químicos finos como aminoácidos, vitaminas, carboidratos, ácidos graxos e carote- noides em um micro-organismo, planta, célula de planta e tecido de planta.
[020]O requisito básico de produção agrícola rentável é produzir um rendimento agronômico que pode maximizar retornos líquidos. Mesmo o rendimento mais alto seria de interesse se a sua produção não fosse eficaz em termos de custos. A maioria dos fazendeiros gostaria de maximizar os ganhos líquidos a partir de qualquer investimento que pode fazer em insumos. Entretanto, eles também percebem que os principais lucros são possíveis apenas com investimento ideal junto com as decisões corretas sobre os insumos apropriados e inovadores (como bioinoculante solubilizador de P).
[021]Tem havido muita pesquisa conduzida na utilização de organismos para aumentar a disponibilidade de P nos solos “desbloqueando” P presente nas formas solúveis de outro modo com moderação. Estes micróbios ajudam na solubilização de P a partir da rocha de fosfato e outras formas insolúveis de P no solo, e no processo diminuindo o seu tamanho de partícula, reduzindo as formas quase amorfas. Datta et al. (1982, Plant and Soil 69: 365 - 373) relatado de um Bacillus firmus solubilizador de fosfato produtor de fitormônio no aumento de rendimento de arroz em solos ácidos de Nagaland. De Freitas et al. (1997, Biology and Fertility of Soils 24: 358 - 364) mostrou que utilizando bactérias solubilizadoras de fosfato aumenta o crescimento e rendimento de canola, mas a captação de P em canola não foi aumentada. Além da bactéria, o fungo Penicillium bilaii mostrou-se aumentar a disponibilidade de P de fontes de solos nativos e rocha de fosfato em solos calcários (Kucey, 1983, Canadian Journal of Solo Sceince 63: 671 - 678; Kucey e Leggett, 1989, Canadian Journal of Solo Science 69: 425 - 432). Na verdade, existe apenas um produto na America do Norte que contém um único solubilizante de P de ação fúngica que torna difícil para o inoculante lidar com os estresses ambientais e ser competitivo. As bactérias são mais eficazes na solubilização de P do que em fungos (Alam et al., 2002, Intl. J. Agric. Biol. 4: 454 - 458). Entre o conjunto da população microbiana no solo, as bactérias solubilizadoras de P constituem 1 a 50%, enquanto que os fungos solubiliza- dores de P são apenas de 1 a 0,5% em potencial de solubilização de P (Chen et al., 2006, Appl Solo Ecol. 34: 33 - 41). Além disso, os inoculantes fúngicos são genericamente menos competitivos em comparação com os inoculantes bacterianos e os esporos fúngicos também não são fáceis de produzir em massa. Entretanto, em alguns outros países (tais como Índia, Taiwan) as bactérias solubilizadoras de P estão tornando-se popular (Zaidi et al., 2009, Acta Microbio Immunol Hung 56 (3): 263 - 284; Chang e Yang, 2009, Bioresour Technol 100 (4): 1648 - 1658; Ekin, 2010, African Journal of Biotechnology 9 (25): 3794 - 3800), classificação na próxima importância para os inoculantes de Rhizobium fixadores de nitrogênio, e usualmente mais do que um tipo de organismo é utilizado enquanto preparando o biofertilizador solu- bilizante de P. A presente invenção introduz não apenas a cultura pura, mas também um método à base de consórcios com múltiplas cepas de bactérias solubilizadoras de P. Mostra a viabilidade de uso potencial de bactérias misturadas para formar consórcios sinérgicos e criará maior capacidade competitiva de executar consistentemente sob diferentes condições de crescimento (Yesmin e Banerjee, 2001, in Proceedings of Saskatchewan Soils and Crops Workshop 2001. pp 314 - 319).
[022]Embora a cultura pura ou inoculante de cultura de consórcios pode divulgar enormes possibilidades para a canola, para um inoculante biológico ser comercialmente eficaz, tem de ser produzido em massa eficientemente e formulado em um custo eficaz, uniforme, e forma facilmente aplicável (Walter e Paau, 1997 in Soil Microbial Ecology: Applications in Agricultural and Environmental Management Met- ting. Jr.. fed.l páginas 579 - 594). Grande parte dos estudos feitos para identificar o possível ativo microbiológico, ainda que pouco tem sido investigado nestes aspectos particulares. O benefício da inoculação microbiana para uma maior produção de safra é significantemente impactado pelo número de células vivas introduzidas no solo (Duquenne et al., 1999, FEMS Microbiology Ecology 29: 331 - 339). Além disso, a atividade biológica de micróbios também pode declinar rapidamente com procedimento de manejo e armazenamento. Daza et al. (2000, Soil Biology and Biochemistry, 32: 567 - 572) avaliou uma turfa e um inoculante à base de perlita, e mostrou que o adesivo de sacarose junto com o portador de perlita forneceu melhor viabilidade de bactérias em sementes. Uma limitação fundamental para comercializar com êxito micro-organismos benéficos é superar as dificuldades em criar um produto final viável, de custo eficaz, e conveniente ao usuário (Xavier et al, 2004 in Crop Management Network. Symposium Proceedings Great Plains Inoculant Forum. Saskatoon. Saskatchewan, páginas 1 - 6). Assim, é crítico para determinar o comprimento de sobrevivência bacteriana uma vez que o tratamento de sementes bacterianas é feito e para atingir o nível exigido de população bacteriana para o inoculante ser eficaz.
[023]Na maioria dos hectares de canola canadense, as sementes tratadas são regularmente utilizadas como um componente crítico para controlar as doenças da planta. Estes fungicidas/inseticidas (por exemplo, Helix Xtra, Prosper FX, etc.) formulados como uma suspensão são utilizados como tratamentos de sementes para controlar o tombamento pré-florescimento, deterioração de sementes e outras doenças do solo. Antecipa-se que as culturas bacterianas podem não estar vivas com estes pesticidas nas doses recomendadas devido a sua alta toxicidade para as bactérias (Yesmin e Banerjee, 2000, Agronomy Abstracts, Annual Meeting, Soil Science Society of America, página 257; Yesmin e Banerjee, 2001). A nossa abordagem inovadora de formulações solubilizadoras de P permitirá alta capacidade de sobrevivência de bactérias introduzidas em várias restrições ambientais, garantindo assim maior rendimento e maior produtividade. Isso também resolverá os problemas relacionados aos produtos químicos para o tratamento de sementes e dará aos agricul- tores flexibilidade em termos de escolha de produtos químicos para o tratamento de sementes. Garantindo alta capacidade de sobrevivência destas bactérias garantirá eventualmente uma maior disponibilidade de P e menor entrada de fertilizante de P caro para as culturas.
[024]De acordo com um primeiro aspecto da invenção, é fornecida uma cultura bacteriana consistindo em: uma cultura biologicamente pura de XSB375, identificada como Bacillus firmus (ATCC# PTA-120309).
[025]De acordo com um segundo aspecto da invenção, é fornecida uma cultura bacteriana consistindo em: uma cultura biologicamente pura de XSB375, identificada como Bacillus firmus, (ATCC# PTA-120309) capaz de solubilizar o fosfato.
[026]De acordo com um terceiro aspecto da invenção, é fornecido um método de aumentar o crescimento e rendimento da planta compreendendo: inocular um ambiente do solo ou mistura de envasamento com uma cultura biologicamente pura de XSB375, identificada como Bacillus firmus (ATCC# PTA- 120309) e cultivar uma planta no dito ambiente do solo ou mistura de envasamento.
[027]De acordo com um quarto aspecto da invenção, é fornecido uma composição de matéria compreendendo PGPR XSB375 solubilizadoras de fosfato, identificadas como Bacillus firmus (ATCC# PTA-120309); e um veículo agricolamente compatível.
[028]De acordo com um quinto aspecto da invenção, é fornecida uma composição de matéria compreendendo PGPR XSB375 solubilizadoras de fosfato, identificadas como Bacillus firmus, (ATCC# PTA-120309), em suspensão líquida.
[029]De acordo com um sexto aspecto da invenção, é fornecida uma semente revestida com PGPR XSB375 solubilizadoras de fosfato, identificadas como Bacillus firmus (ATCC# PTA-120309).
[030]De acordo com um sétimo aspecto da invenção, é fornecida uma aplicação de semente ou aplicação de solo ou aplicação foliar ou aplicação pós florescimento com PGPR XSB375 solubilizadoras de fosfato, identificadas como Bacillus firmus (ATCC# PTA-120309).
[031]De acordo com um oitavo aspecto da invenção, é fornecida PGPR XSB375 solubilizadoras de fosfato, identificadas como Bacillus firmus, (ATCC# PTA- 120309), para ser utilizada como um biofertilizante.
[032]Figura 1: cepa PGPR XSB375 mostrando a zona de compensação através da solubilização de fosfato. Assim, a cepa é uma rizobactéria solubilizadora de fosfato.
[033]Figura 2: Florescimento de semente de canola no solo foi descrito após as sementes de canola ser inoculadas com cepa PGPR XSB375 em comparação com o controle até 10 dias. A cepa bacteriana aumentou o florescimento de semente de canola em comparação com o controle não inoculado.
[034]Figura 3: Crescimento de cabelos da raiz fina de canola foi descrito após as sementes de canola ser inoculadas com cepas PGPR XSB375 em comparação com o controle em 3 dias. A cepa estimulou o crescimento da raiz em comparação com o controle.
[035]Figura 4: Crescimento de raiz e hipocótilo de canola em 7 dias foi descrito para sementes inoculadas com cepa PGPR XSB375 em comparação com o controle em bolsa de crescimento. O crescimento de raiz e hipocótilo consideravelmente intensificou devido à inoculação de cepa XSB375 em comparação com o controle.
[036]Figura 5: Crescimento de raiz e hipocótilo de canola em 7 dias foi medido para as sementes inoculadas com cepa PGPR XSB375 em comparação com o controle em bolsa de crescimento. O crescimento de raiz e hipocótilo consideravel- mente intensificou devido à inoculação de cepa XSB375 em comparação com o controle.
[037]Figura 6: Viabilidade de cepa PGPR XSB375 em suspensão líquida. O número de contagem bacteriana mostrou que é bem mais de 1 x 109 cfu/ml em 244 dias. Assim, a capacidade de sobrevivência bacteriana na suspensão líquida seria mais de 244 dias.
[038]Figura 7: Rendimentos de canola em Regent, ND; Hazen, ND; e Bottineau, sítios de ensaio de campo ND no ano de 2012. O tratamento de PGPR XSB375 aumentou o rendimento de canola por 19,4% em comparação com o controle em Regent, sítio ND. O tratamento de PGPR XSB375 aumentou o rendimento de canola por 14,6% em comparação com o controle em Hazen, sítio ND. O tratamento de PGPR XSB375 aumentou o rendimento de canola por 6,6% em comparação com o controle em Bottineau, sítio ND. Assim, o tratamento de PGPR XSB375 em um meio, aumentou o rendimento de canola por 13,5% em comparação com o controle não inoculado.
[039]A menos que definido de outro modo, todos termos técnicos e científicos aqui utilizados têm os mesmos significados como comumente entendido por uma pessoa de habilidade comum na técnica a que a invenção pertence. Embora quaisquer métodos e materiais similares ou equivalentes àqueles aqui descritos podem ser utilizados na prática ou no teste da presente invenção, os métodos preferidos e materiais são agora descritos. Todas as publicações citadas abaixo estão aqui incorporadas como referência.
[040]Como aqui utilizado, “biologicamente pura” refere-se a uma cultura em que praticamente todas as células presentes são da cepa selecionada.
[041]Como aqui utilizado, “inoculação” refere-se à introdução de pelo menos uma bactéria em um meio, por exemplo, um meio líquido, granular, pó de turfa, semente ou um ambiente do solo.
[042]Como aqui utilizado, “PGPR” ou “rizobactérias promotoras de crescimento de planta” refere-se a isolados benéficos de planta que habitam a área circundante de raízes da planta.
[043]Como aqui utilizado, “ambiente do solo” refere-se ao solo em que uma planta é cultivada ou está crescendo.
[044]Como aqui utilizado, “XSB375” refere-se a Bacillus firmus, depositado com ATCC sob número de depósito PTA-120309 em 23 de abril de 2013.
[045]Como será avaliado por um perito na técnica, como aqui utilizado, “PGPR solubilizadoras de fosfato” referem-se a culturas bacterianas benéficas e isoladas, bem como extratos de células (extracelulares ou intracelulares) ou enzimas purificadas ou genes isolados a partir delas ou DNA isolado a partir delas derivado capazes de solubilizar fosfato, promover a absorção de fósforo, melhorar o crescimento da planta, desenvolver e/ou melhorar o rendimento da planta.
[046]Descreve-se aqui o isolamento e identificação de uma rizobactéria promotora de crescimento de planta solubilizadora de fosfato (PGPR): XSB375, identificada como Bacillus firmus (ATCC# PTA-120309). A PGPR é capaz de solubilizar fosfato que realça o fósforo disponível na planta. A PGPR XSB375 aumenta a germinação de semente, florescimento precoce, vigor da planta, crescimento da raiz e parte aérea, e rendimento de safra. Este rendimento de safra aumentado é atribuído não apenas a partir da maior solubilização de fosfato, tornando o fósforo mais disponível à planta, mas também tornando outros nutrientes essenciais à planta mais disponíveis à planta. A aplicação destas PGPR solubilizadoras de fosfato pode ser feita como suspensão líquida ou como materiais sólidos aplicados ao solo, mistura de envasamento, sementes, pedaços de sementes, mudas, folha, materiais portadores, raízes e solo de plantação. Por exemplo, as PGPR solubilizadoras de fosfato podem ser revestidas sobre uma semente ou peça de semente, podem ser aplicadas como um pó, podem ser aplicadas como um líquido, podem ser aplicadas foliar ou como uma suspensão para um ambiente do solo ou podem ser misturadas em um ambiente do solo antes da utilização do ambiente do solo para a plantação.
[047]Consequentemente, em um aspecto da invenção, é fornecido uma cultura bacteriana biologicamente pura de XSB375 (Bacillus firmus).
[048]Em um outro aspecto da invenção, é fornecido um método de aumentar crescimento e/ou rendimento da planta compreendendo: inocular com PGPR XSB375 solubilizadoras de fosfato (Bacillus firmus) em ambiente do solo ou mistura de envasamento; e cultivar uma planta no dito ambiente do solo ou mistura de enva- samento.
[049]Como aqui debatido, em algumas formas de realização, o ambiente do solo ou mistura de envasamento inclui fósforo como um fertilizante. Especificamente, a presença de PGPR XSB375 resultará em maior e mais eficiente a absorção do fósforo pelas plantas. Isto é, a aplicação de XSB375 ao ambiente do solo ou mistura de envasamento realiza pelo menos um dos seguintes: promover a absorção de P em uma planta; aumentar a solubilização de fosfato para H2PO4- dentro do ambiente do solo; aumentar a solubilização de fosfato para HPO42- no ambiente do solo; aliviar uma deficiência de P em uma planta; aliviar a deficiência de P no solo deficiente de fertilizado com fertilizante de P; promover a absorção de macronutrientes em uma planta; e promover a absorção de micronutrientes em uma planta. Como será avaliado por um perito na técnica, outros benefícios também podem ser observados e/ou atingidos pela aplicação de PGPR XSB375 ao ambiente do solo ou mistura de enva- samento. Tais adicional benefícios serão facilmente evidentes aos peritos na técnica.
[050]Como será avaliado por um perito na técnica, a planta pode ser qualquer planta adequada, por exemplo, uma planta que iria se beneficiar de absorção de P aumentada, como debatido acima.
[051]Em algumas formas de realização, a planta é selecionada do grupo consistindo em sementes oleaginosas, legumes, não-legumes, cereais, plantas de raízes, vegetais, gramíneas, relvados, turfas, frutas e plantas com flor.
[052]Alternativamente, em outras formas de realização, a planta é selecionada do grupo consistindo em canola, soja, girassol, linho, cânhamo, trigo, cevada, milho, milheto, aveia, ervilha, lentilha, feijão, amendoim, alfafa, trevo, beterraba, batatas, cenouras, couves, tomates, rabanetes, cápsico, pepino, gramíneas, turfa, melão cantaloupe, melão, frutas e flores. As flores podem ser selecionadas do grupo consistindo em rosa, crisântemo, lírio e gérbera.
[053]Como aqui debatido, XSB375 pode ser misturada no ambiente do solo ou mistura de envasamento. Por exemplo, XSB375 pode ser aplicada ao ambiente do solo como uma suspensão líquida, por exemplo, em uma planta, em um pós florescimento da planta, em uma semente, em uma plântula, ou em materiais portadores, como aqui debatido.
[054]Em algumas formas de realização, XSB375 é aplicada ao ambiente do solo como um recobrimento em uma semente, como debatido abaixo.
[055]Em outras formas de realização, é fornecido uma composição de matéria compreendendo PGPR XSB375 solubilizadoras de fosfato (Bacillus firmus); e um veículo agricolamente compatível.
[056]Como será avaliado por um perito na técnica, o veículo pode ser uma semente, em que XSB375 é revestida sobre a semente. A semente pode ser revestida com turfa ou argila ou mineral ou vermiculita ou polímero.
[057]Alternativamente, o veículo pode ser uma suspensão líquida, por exemplo, um óleo agricolamente compatível.
[058]Em outras formas de realização, o veículo pode ser um material granular, por exemplo, turfa ou argila ou grânulos de perlita ou mistura destes.
[059]Como será avaliado por um perito na técnica, XSB375 pode ser co- aplicada, simultaneamente ou em série com outros tratamentos adequados aplicados ao ambiente do solo para melhorar ainda mais o crescimento da planta. Por exemplo, XSB375 pode ser aplicada com uma outra cepa PGPR ou com um herbicida ou fungicida ou inseticida ou tratamento de semente compatível.
[060]Nos exemplos, a planta é canola que, como debatido acima, é uma safra exigindo alto fósforo. Entretanto, como será evidente a um entendido na técnica, como debatido acima, as PGPR solubilizadoras de fosfato descritas aqui podem ser utilizadas para promover o crescimento de qualquer planta adequada, por exemplo, cereais, por exemplo, milho, trigo, cevada, aveia e semelhantes; sementes oleaginosas, por exemplo, canola, linho, cânhamo, girassol e semelhantes; legumes por exemplo, soja, ervilha, lentilha e semelhantes; plantas de raízes, por exemplo, beterraba, batatas, rabanetes e semelhantes; forragens, por exemplo, alfafa, trevo, gra- míneas e semelhantes; vegetais, por exemplo, tomate, cápsico, pepino e semelhantes; turfa, por exemplo, agrotis, grama azul do Kentucky e semelhantes. Isto é, as PGPR solubilizadoras de fosfato podem realçar o crescimento de qualquer e todas as planta adequadas tendo exigência de fósforo de nutrientes.
[061]Similarmente, em algumas formas de realização da invenção, as PGPR solubilizadoras de fosfato são utilizadas em um ambiente do solo que tem baixos níveis de fósforo ou baixos níveis de fósforo disponível na planta ou fósforo altamente bloqueado. É de notar que, como debatido acima, as PGPR solubilizadoras de fosfato podem ser utilizadas em quaisquer condições de solo adequadas como a presença das PGPR solubilizadoras de fosfato irá promover mais uso eficiente de fósforo por plantas cultivadas em um ambiente do solo e irá desse modo promover o crescimento de plantas cultivadas no ambiente do solo. Assim, as PGPR descritas acima são capazes de solubilizar o fosfato; promover absorção de P em plantas; capazes de aliviar uma deficiência de P em plantas; e capazes de aliviar a deficiência de P no solo deficiente de P fertilizado com fertilizante de P.
[062]Em ainda outras formas de realização, as PGPR solubilizadoras de fosfato podem ser aplicadas a um ambiente do solo que tem sido ou será tratado com um fertilizante contendo fósforo, por exemplo, fosfato de rocha. Também é de notar que as PGPR solubilizadoras de fosfato podem promover a absorção de fósforo e outros macro- e micro-nutrientes dentro do ambiente do solo podendo ser fornecido por um fertilizante ou não.
[063]Em outras formas de realização, as PGPR solubilizadoras de fosfato estão em combinação com um material portador. O material portador pode ser um líquido, pelota, massa granular, pó, mineral ou outro elemento similar ou pode ser uma semente de planta. Especificamente, as PGPR solubilizadoras de fosfato podem ser revestidas sobre uma semente utilizando meios conhecidos na técnica. A título de exemplo, as PGPR solubilizadoras de fosfato podem ser misturadas com turfa, argila, perlita, vermiculita, mineral, polímero ou óleo agricolamente compatível.
[064]Em outras formas de realização, as PGPR solubilizadoras de fosfato podem ser secas por congelamento a um pó. Alternativamente, uma suspensão aquosa das PGPR solubilizadoras de fosfato pode ser seca a um pó em uma temperatura que não afeta adversamente a viabilidade bacteriana. O pó microbiano pode ser misturado com materiais terrosos, minerais, argila, talco, turfa ou outros materiais agrícolas compatíveis. Em ainda outras formas de realização, uma suspensão líquida das PGPR solubilizadoras de fosfato pode ser utilizada para cobrir as sementes ou ser aplicada a um material absorvente, por exemplo, um material granular ou aplicada como pulverização foliar no solo ou plantas.
[065]Como será avaliado por um perito na técnica, a capacidade de sobrevivência de cultura bacteriana aplicada é um dos fatores críticos para colonização bem-sucedida da rizosfera e rizoplano que resulta em crescimento, desenvolvimento e rendimento da planta. Por exemplo, a variabilidade de escala de solo e paisagem, estado do nutriente, e condições climáticas podem afetar a capacidade de sobrevi- vência bacteriana e rendimento de safra. Consequentemente, a cepa bacteriana XSB375, identificada como Bacillus Jirmus, é individualmente eficaz em promover o crescimento da planta como descrito aqui. Em algumas formas de realização, as misturas de XSB375 e qualquer outra PGPR podem ser utilizadas nas formas de realização da invenção descritas aqui. Também é de notar que algumas combinações podem funcionar melhor sob condições físico-químicas específicas de solo, tais como pH do solo, temperatura de crescimento, tempo de plantação, e espécie da safra. Estas combinações estão dentro do escopo da invenção e experimentação de rotina na técnica.
[066]Como será avaliado por um perito na técnica, as PGPR solubilizadoras de fosfato podem ser aplicadas com outros agentes pesticidas adequados, por exemplo, herbicidas, fungicidas, inseticidas, produtos químicos para o tratamento de sementes ou outra PGPR e utilizadas nas formas de realização descritas aqui. Isto é, aplicando as PGPR solubilizadoras de fosfato com outros agentes de PGPR bio- pesticidas ou pesticidas podem ainda realçar o crescimento da planta. Similarmente, a combinação de PGPR solubilizadoras de fosfato descritas acima com outra PGPR promotora de crescimento da planta pode ter um efeito sinérgico em promover o crescimento da planta. É de notar que estas combinações podem ser utilizadas em qualquer uma das formas de realização descritas acima, por exemplo, para semen-tes de recobrimento ou aplicação foliar líquida.
[067]A invenção será agora descrita por via de exemplos. Entretanto, deve ser entendido que os exemplos são para propósitos ilustrativos e a invenção não é necessariamente limitada aos exemplos.
[068]As bactérias foram isoladas de solo de rizosfera de canola e rizoplano de Elm Creek, Manitoba por uma técnica de diluição em série e método de espalha- mento em placa. O meio basal de laboratório utilizado foi meio ágar de soja tripticase (TSA, força 1/10) e as placas foram incubadas por 3 dias a 28°C. Todas as rizobac- térias isoladas foram selecionadas para representar tipos distintos com base na morfologia da colônia que inclui forma de colônia, elevação, opacidade e produção de pigmento. As rizobactérias isoladas foram semeadas em placas de TSA, verificadas quanto à pureza e armazenadas em rampas de TSA a 4°C. As rizobactérias solubili- zadoras de fosfato presumíveis foram isoladas riscando as isoladas em placas de meio de PDYA modificado (ágar de extrato de levedura de batata-dextrose) (de Freitas et al., 1997). O meio modificado consiste do meio de PDYA contendo fosfato de cálcio recentemente precipitado (isto é, 50 ml de estéril 10% (em peso/vol) K2HPO4 e 100 ml de estéril 10% (em peso/vol) CaCl2) foram adicionados por litro de estéril PDYA para produzir um precipitado de CAHPO4 (Katznelson e Bose, 1959, Can JMi- crobiol 5: 79 - 85).
[069]A capacidade das rizobactérias isoladas solubilizar fosfato foi avaliada qualitativamente utilizando meio de PDYA modificado (de Freitas et al., 1997). O meio modificado consiste do meio de PDYA contendo fosfato de cálcio recentemente precipitado (isto é 50 ml de estéril 10% (em peso/vol) K2HPO4 e 100 ml de estéril 10% (em peso/vol) CaCl2) foram adicionados por litro de estéril PDYA para produzir um precipitado de CAHPO4 (Katznelson e Bose, 1959). Cada rizobactéria isolada foi riscada em placa de PDYA-CaP, placa de TSA-CaP, e placa de TY modificada (extrato de levedura de triptona)-CaP, e incubada a 28°C. A capacidade de solubiliza- ção de fosfato foi avaliada até 14 dias medindo a zona de compensação (área de solubilização) que cerca a colônia de bactérias. Entre as cepas de rizobactérias so- lubilizadoras de fosfato presumtivas isoladas de cepa bacteriana XSB375 de rizosfe- ra e rizoplano de canola produziram a zona mais antiga e maior de placas precipita-das por clareamento em fosfato (Figura 1).
[070]A cepa bacteriana XSB375 foi cultivada em 100 ml de caldo de TY por 48 horas em um agitador rotativo. A cultura de células bacterianas foi concentrada por centrifugação e lavada com água destilada e colocada em suspensão em solução de NaCl. As sementes de canola desinfectadas de superfície foram então inoculadas com a suspensão bacteriana. As sementes inoculadas foram colocadas em placas de ágar para absorver o efeito bacteriano no florescimento de semente de canola (Tabela 1). Um conjunto de sementes não-inoculadas também foi colocado em placas de ágar como controle. As sementes inoculadas também foram plantadas em vasos no solo e bolsas de crescimento para examinar o efeito bacteriano no solo (Figura 2) e bolsa de crescimento (Tabela 2). Os resultados ilustrados que as sementes de canola inoculadas com cepa XSB375 melhorou florescimento de semente em placa de ágar, no solo e em bolsa de crescimento em comparação com controle (Tabela 1 e 2, Figura 2 e 3).
[071]As sementes de canola desinfectadas de superfície foram inoculadas com a suspensão bacteriana. As sementes inoculadas foram plantadas em bolsa de crescimentos para examinar o efeito bacteriano em promoção de crescimento de canola (Figura 4). Um conjunto de sementes não-inoculadas também foi colocado em bolsa de crescimento como controle. Os comprimentos hipocótilos e de raízes de plantas foram medidos depois de 7 dias (Figura 5). Os resultados ilustraram que as sementes de canola inoculadas com cepa XSB375 melhorou a promoção de crescimento de canola em bolsa de crescimento em comparação com controle (Figura 4 e 5). A cepa bacteriana XSB375 melhorou o crescimento da raiz de canola (compri-mento médio de 14,26 cm) e hipocótilo (comprimento médio de 7,11 cm) considera- velmente em comparação com a raiz de controle (5,94 cm) e hipocótilo de controle (comprimento médio de 5,14 cm).
[072]O benefício de inoculação microbiana para maior produção de safra é significantemente influenciado pelo número de células vivas introduzidas no solo (Duquenne et al., 1999). Além disso, a atividade biológica de micróbios também pode declinar rapidamente com procedimento de manejo e armazenamento. É importante para avaliar a duração da viabilidade bacteriana no tratamento de semente ou nos materiais portadores para obter o nível desejado de população microbiana para o inoculante ser eficaz. A semente inoculada com cepa XSB375 reteve a contagem de células viáveis bem acima do nível desejado a 21 dias depois da inoculação (Tabela 3). O recobrimento de semente, genericamente, aumenta a viabilidade bacteri- ana como o recobrimento evita as células de secar e mantém as bactérias vivas por um período muito mais longo.
[073]A cepa XSB375 foi testada quanto a viabilidade e a vida de prateleira com diferentes materiais portadores inoculantes, tais como meio líquido, pó de turfa, etc. A cepa bacteriana XSB375 foi cultivada em caldo de TY modificado por 48 horas e misturada com meio líquido especificamente formulado utilizado como veículo líquido. A bactéria cultivada em caldo de TY também foi utilizada diretamente para inocular pó de turfa esterilizado comercialmente disponível. A viabilidade bacteriana foi testada periodicamente quanto à suspensão líquida e pó de turfa. Mostrou-se que quando os sacos de turfa estéreis foram inoculados com a cepa rizobacteriana XSB375, a capacidade de sobrevivência da cepa foi aumentada até 244 dias em mais de 109 cfu por grama de material portador (Tabela 4). Além disso, quando XSB375 bacteriana foi inoculada e mantida em suspensão líquida em um saco estéril e a análise mostrou que a cepa bacteriana XSB375 permaneceu viável em 240 dias e contagem bacteriana viável foi mais do que 1 x 109 cfu/ml (Figura 6). As formulações tanto líquida quanto de turfa foram consideradas materiais portadores eficazes para cepa PGPR XSB375 para manter a vida de prateleira do produto desejado.
[074]Em 2012, três ensaios de campo foram realizados utilizando cepa PGPR XSB375. Os ensaios de canola foram plantados através de plantador de semente comercial e tratamento bacteriano foliar foi aplicado durante a primeira aplicação de herbicida pós florescimento utilizando mistura de tanque. Herbicida tolerante à canola cultivar foi utilizado e todos os ensaios de campo foram divididos em projeto de tira, cada tira foi de tamanho de 10 hectares, com um tratamento bacteriano junto com um controle, replicado de três a quatro vezes. Os tratamentos foram concebidos para avaliar a capacidade bacteriana para realçar o rendimento de canola. As tiras foram colhidas na maturidade, a semente foi coletada e limpa, e o rendimento foi medido com base em 8,5% de umidade de semente. Os dados de rendimento de canola em Regent, ND; Hazen, ND; e Bottineau, ND; os sítios foram apresentados na Figura 7. A Figura 7 mostrou que o tratamento de cepa PGPR XSB375 aumentou o rendimento de canola por 19,4% em comparação com o controle em Regent, ND; 14,6% em comparação com o controle em Hazen, ND; e 6,6% em comparação com o controle em Bottineau, ND; considerando que, o Tratamento de PGPR XSB375 em um rendimento de canola aumentado médio por 13,5% em comparação com o controle não inoculado em todos os sítios em North Dakota.
[075]A cepa bacteriana XSB375 foi cultivado em meio de TY modificado por 48 horas. Depois, o DNA bacteriano foi extraído de bactérias para identificação de 16S DNA e 500 bp (par de base) utilizando os serviços de MIDI LABS (Newark, DE). A cepa foi identificada como XSB375 Bacillus firmus.
[076]O escopo das reivindicações não deve estar limitado pelas formas de realização preferidas apresentadas nos exemplos, mas deve ser fornecida à interpretação mais ampla compatível com a descrição como um todo. Tabela 1. Efeito de inoculação de bactérias em florescimento de semente de canola em placa ágar Tabela 2. Efeito da inoculação de bactérias em florescimento de semente de canola em bolsa de crescimen to Tabela 3. Viabilidade de XSB375 de rizobactérias em semente de canola inoculada Tabela 4. Viabilidade de XSB375 de rizobactérias em pó de turfa inoculada
Claims (14)
1. Método para aumentar o crescimento e/ou rendimento de plantas, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: inocular com rizobactérias promotoras de crescimento de plantas (PGPR) solubilizadoras de fosfato XSB375 (Bacillus firmus) (ATCC # PTA-120309) em ambiente de solo ou mistura de envasamento; e cultivar uma planta no dito ambiente de solo ou mistura de envasamento.
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o ambiente de solo ou mistura de envasamento inclui fósforo como um fertilizante.
3. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a PGPR promove a captação de P em uma planta.
4. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a PGPR é capaz de solubilizar fosfato para H2PO4- ou HPO4-2.
5. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a PGPR é capaz de aliviar uma deficiência de P em uma planta, solo ou solo deficiente em P fertilizado com fertilizante de P.
6. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a PGPR promove a captação de macronutrientes ou micronutrientes em uma planta.
7. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a planta é uma oleaginosa, legume, não legume, cereal, planta de raiz, vegetal, grama, forragem, relvado, frutas ou planta de floração.
8. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a planta é selecionada do grupo que consiste em canola, soja, girassol, linho, cânhamo, trigo, cevada, milho, milheto, aveia, ervilha, lentilha, feijão, amendoim, alfafa, trevo, beterraba, batatas, cenouras, couves, tomates, rabanetes, cápsico, pepi- no, gramíneas, relvado, melão cantaloupe, melão, frutas e flores.
9. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a PGPR solubilizadora de fosfato é aplicada ao ambiente de solo como uma suspensão líquida.
10. Método, de acordo com a reivindicação 9, CARACTERIZADO pelo fato de que a suspensão líquida é aplicada na planta, na planta pós-emergente, na semente, na plântula ou nos materiais portadores.
11. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a PGPR solubilizadora de fosfato é aplicada ao ambiente de solo como uma semente revestida.
12. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que inclui aplicar ao dito ambiente de solo um herbicida, fungicida ou inseticida compatível ou produtos químicos para tratamento de sementes.
13. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a PGPR é utilizada como consórcios com micro-organismos simbióticos ou micro-organismos não-simbióticos ou em combinação com outra PGPR ou em combinação com outros micro-organismos de biocontrole ou com substâncias promotoras de crescimento de planta.
14. Composição de matéria CARACTERIZADA pelo fato de que compreende uma PGPR XSB375 solubilizadora de fosfato (Bacillus firmus) (ATCC# PTA- 120309); e um veículo agricolamente compatível, em que o veículo agricolamente compatível é selecionado a partir do grupo que compreende uma semente revestida com turfa, argila, mineral, vermiculita ou polímero e um material granular que é turfa, argila, grânulos de perlita ou mistura dos mesmos.
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