Publication
Growth and metabolic response of forest trees to inoculation with microbial symbionts
| datacite.subject.fos | Engenharia e Tecnologia::Outras Engenharias e Tecnologias | pt_PT |
| dc.contributor.advisor | Castro, Paula Maria Lima | |
| dc.contributor.advisor | Sousa, Nadine Reis de | |
| dc.contributor.author | Araújo, Giovânia Carvalho | |
| dc.date.accessioned | 2019-05-28T14:27:55Z | |
| dc.date.available | 2020-02-28T01:30:48Z | |
| dc.date.issued | 2018 | |
| dc.date.submitted | 2018 | |
| dc.description.abstract | O objetivo geral desta tese foi aprofundar o conhecimento da relação entre espécies arbóreas e simbiontes promotores de crescimento de plantas. Questões levantadas em outros trabalhos relativas à variação dos efeitos do simbionte na planta hospedeira, constituiram o mote para o trabalho realizado. A compreensão dos fatores que afetam a simbiose é importante para ajudar a ultrapassar possiveis limitações de um processo de inoculação após o transplante das árvores. Os simbiontes de interesse neste estudo são fungos ectomicorrízicos-ECM e bactérias que potencialmente atuam como bacterias auxiliadoras de micorrizaçao-MHB. A resposta da planta hospedeira, compreendendo características biométricas e perfil metabólico, à inoculação foi avaliada sob diferentes perspectivas: composição do inóculo, compreendendo fungos ECM e bactérias (espécies e isolados diferentes), e condições de crescimento da planta hospedeira em diferentes estágios, em microcosmo e em viveiro. A primeira tarefa consistiu no estudo do desempenho de um inóculo duplo (Suillus granulatus (L.) Roussel + Mesorhizobiumm sp.) em Quercus suber cultivado em viveiros localizados em diferentes ambientes, em comparação com um inóculo comercial. Com base nos resultados biométricos e nutricionais, observou-se que a resposta da planta diferiu entre os dois viveiros. A comunidade ECM estabelecida também variou entre os diferentes tratamentos. Entre os inóculos, o inóculo duplo foi mais consistente em melhorar o desempenho de Q. suber. Posteriormente, foi avaliado o efeito de dois isolados distintos de S. granulatus em plântulas de Pinus pinea crescidas em condições axênicas em substrato e após o transplante para solo natural. A partir das análises biométricas e nutricionais, observou-se que os dois isolados promoveram o crescimento das plantas no substrato, diferindo das plântulas não inoculadas. Nesse substrato estéril as plântulas de P. pinea apresentaram diferenças no perfil de compostos fenólicos devido à presença dos fungos. Nas condições naturais do solo, os dois isolados causaram uma resposta diferente na planta para a maioria dos parâmetros analisados, com um dos isolados superando o outro em relação ao crescimento das plântulas. Embora S. granulatus tenha persistido nas raízes de Q. suber, a análise de sequenciamento genético não confirmou a sua presença após os 180 dias em raízes de P. pinea no solo natural, indicando que provavelmente aquele foi substituído por fungos nativos. No entanto, a inoculação influenciou a estrutura da comunidade fúngica estabelecida e foi importante para o estabelecimento de plântulas no período inicial após o transplante, conforme verificado pelabiomassa superior das plântulas inoculadas. Na terceira tarefa, foi usado um outro fungo ECM, Lactarius deliciosus, como inoculo em plântulas de P. pinea, com o objetivo de avaliar seu efeito sobre o hospedeiro crescendo em diferentes substratos. O desempenho das plantas inoculadas foi comparado em duas fases: (i) em microcosmo com turfa estéril + vermiculita como substrato e posteriormente (ii) em dois solos naturais. A relação simbiótica foi dependente das condições de crescimento das plantas hospedeiras. Registou-se uma maior diferença no desenvolvimento de plântulas na fase de crescimento em solo natural, com biomassa de parte aérea com diferença de até 2.35 vezes entre os solos. Além disso, os perfis dos compostos fenólicos em P. pinea também diferiram consideravelmente entre os dois solos. Na quarta tarefa, avaliou-se a resposta da mesma planta hospedeira à inoculação com o fungo Pisolithus tinctorius e a bactéria Bacillus subtilis, numa tentativa de elucidação da interação entre os parceiros microbianos. Este estudo teve três etapas: (i) avaliação in vitro da interação fungo / bactéria; (ii) microcosmos; (iii) transplante para solo natural. No microcosmo, a concentração dos compostos fenólicos foi avaliada em quatro períodos, 10, 20, 40 e 70 dias. Embora as bactérias tenham inibido o crescimento do fungo in vitro, a mesma in vivo apresentou características de MHB, influenciando positivamente a relação fungo-planta, evidenciada pela biomassa superior de plântulas quando inoculadas com o inóculo duplo, tanto no microcosmo como no solo. Além disso, B. subtilis causou uma maior variação no perfil de compostos fenólicos de P. pinea, especialmente em sinergia com o fungo ECM. Concluiu-se que os simbiontes causaram alterações no perfil metabólico da planta, o que parece estar relacionado com o aumento da plasticidade da planta representada pelo melhor crescimento das plântulas inoculadas em relação ao controle. Com base em todos esses resultados, conclui-se que o efeito da simbiose ECM é dependente das condições de crescimento das plântulas (viveiros), do substrato, das condições do solo e é afetado pela presença de bactérias MHB. Além disso, a análise de compostos fenólicos pode ser usada como uma ferramenta para avaliar a resposta da planta hospedeira ao simbionte. | pt_PT |
| dc.description.abstract | The general objective of this thesis was to deepen the knowledge on the relationship between forest trees and their microbial symbionts. Questions raised in other works, such as the variation of the effects of the symbiont on the host plant, were approached. Understanding the factors that affect the symbiosis that is established is important to help minimize the shortcomings of this process after tree transplantation. The symbionts of interest in this study are ectomycorrhizal fungi and bacteria that potentially act as mycorrhizal helper bacteria- MHB. The response of the host plant, comprising biometric traits and metabolic profile, to inoculation was assessed through different perspectives: inoculum composition, comprising ectomycorrhizal fungi-ECM and bacteria and different ECM isolates, and growth conditions of the host at different stages, from microcosm to nursery stage. The first task of the experiment was to investigate the performance of a dual inoculum (Suillus granulatus (L.) Roussel + Mesorhizobiumm sp.) on Quercus suber seedlings grown in nurseries located in different environments, comparing with a commercial inoculum. Based on the biometric and nutritional results it was observed that the plant response differed between the two nurseries. The ECM community established also varied between the different treatments. Among the inocula, the dual inoculum was more consistent in enhancing Q. suber performance. Subsequently, the effect of two distinct isolates of S. granulatus on Pinus pinea seedlings grown in axenic conditions in a substrate and after transplanting to a natural soil, was evaluated. From the biometric and nutritional analyses, it was observed that on substrate the two isolates promoted plant growth, differing from non-inoculated seedlings. P. pinea presented differences in the metabolic phenolic profile due to the presence of the fungi on sterile substrate. In the natural soil conditions, the two isolates caused a different response of the plant as assessed by most of the analysed parameters, with one of the isolates outperforming the other in relation to the growth of the seedlings. Although S. granulatus had persisted in the roots of Q. suber, genetic sequencing analysis did not support its presence after 180 days in roots of P. pinea growing in the natural soil, which indicates that probably was replaced by the native fungi. However, inoculation shaped the structure of the fungal community established and was important for seedling establishment in the initial period after transplantation, as verified by the greater biomass. In the third task, another ECM fungus Lactarius deliciosus was used as inoculum on P. pinea seedlings, with the objective of evaluating its effect on the host growing on different substrates. Performance of the inoculated plants was compared in two phases: (i) in microcosm with a sterile peat + vermiculite as substrate and later (ii) in two natural soils. The symbiotic relationship was dependent on the host plant growth conditions. Soil promoted a greater difference on seedling development, with shoot biomass with up to 2.35-fold of difference between the two types of soil. In addition, the profiles of the phenolic compounds in P. pinea also differed considerably between the two soils. In the fourth task, the response of the same host plant to inoculation with the fungus Pisolithus tinctorius and the bacteria Bacillus subtilis was evaluated, trying to elucidate the interaction between the microbial partners. This study had three stages: (i) in vitro evaluation of the fungus / bacteria interaction; (ii) microcosms; (iii) transplantation for natural soil. In the microcosm, the concentration of the phenolic compounds was evaluated in four periods, 10, 20, 40 and 70 days. Although the bacteria had inhibited fungus growth in vitro, in vivo it displayed MHB characteristics, positively influencing the fungus-plant relationship, as evidenced by higher seedling biomass when those were inoculated with the dual inoculum, both in the microcosm and in the soil. In addition, B. subtilis caused a greater variation in the profile of phenolic compounds of P. pinea, especially in synergy with ECM fungus. It was concluded that the symbionts caused changes in the metabolic profile of the plant which seems to be related to the increase of the plasticity represented by the better growth of the seedlings inoculated in comparison to the control. Based on all these results, it is concluded that the effect of the ECM symbiosis is dependent on the seedlings growth conditions (nurseries), the growth substrate, the soil conditions, and is affected by the presence of MHB bacteria. In addition, the analysis of phenolic compounds can be used as a tool to evaluate the response of the plant host to the symbiont. | |
| dc.identifier.tid | 101466129 | pt_PT |
| dc.identifier.uri | http://hdl.handle.net/10400.14/27701 | |
| dc.language.iso | eng | pt_PT |
| dc.title | Growth and metabolic response of forest trees to inoculation with microbial symbionts | pt_PT |
| dc.title.alternative | Simbiontes como promotores do crescimento das árvores sob condições de stress | pt_PT |
| dc.type | doctoral thesis | |
| dspace.entity.type | Publication | |
| rcaap.rights | restrictedAccess | pt_PT |
| rcaap.type | doctoralThesis | pt_PT |
| thesis.degree.name | Doutoramento em Biotecnologia | pt_PT |