Solubilização de fosfato inorgânico por bactérias de liquens da Antártica: isolamento, screening e influência de fatores abióticos

Os liquens são pioneiros em ambientes extremos, crescendo em condições limitantes de nutrientes e são abundantes na Antártica. Eles representam um reservatório rico para o isolamento de bactérias com potencial biotecnológico de interesse agrícola, apresentando características de promotoras de crescimento vegetal, como a solubilização de fosfato durante o desenvolvimento liquênico. Nesse contexto, esta pesquisa objetivou analisar o potencial das bactérias isoladas de 6 amostras de liquens da Antártica para solubilização de fosfato inorgânico, bem como compreender a influência de fatores abióticos, como temperatura, variação de pH, concentrações de NaCl, fontes de carbono e indução de estresse osmótico. Os liquens foram coletados na ilha Rei George durante a expedição OPERANTAR XXXVI (verão de 2017/2018). As bactérias foram isoladas em 2 condições: Ágar nutriente e Ágar nutriente com 0,5M de NaCl. Os isolados foram triados para solubilização de fosfato utilizando o meio NBRIP sólido (qualitativo) e meio NBRIP caldo (quantitativo). As bactérias positivas para solubilização foram avaliadas quanto à capacidade de fixar nitrogênio. A quantificação de fósforo solúvel no sobrenadante dos isolados foi estimada usando o método vanadato-molibdato de amônio e a quantificação dos ácidos orgânicos por cromatografia liquida de alta performance (HPLC). De 60 bactérias testadas, 15 (25,0%) solubilizaram fosfato tricálcico a 15,0 ºC, sendo confirmadas em ensaios individuais. Todas solubilizaram também a 25,0 ºC e a 30,0 ºC 13 cepas (87,5%) foram positivas e a 35,0 ºC não houve crescimento microbiano. O índice de solubilização (IS) foi mensurado. Os maiores IS de fosfato a 15,0 ºC foram de 1,75 a 3,02; a 25,0 ºC de 1,84 a 2,76 e a 30,0 ºC de 1,78 à 2,70. As melhores bactérias nas três temperaturas foram 1B.LQ4; 4BLQ4; 4BLQ4* e 2BLQ1*, elas junto com a 7BLQ2 foram selecionadas para quantificação de fósforo em meio líquido a 25,0 ºC.  As cepas 1BLQ4 e 4BLQ4 obtiveram média de 605,18 ± 49,34 e 605,18 ± 28,08 mg/L e reduziram o pH para 4,07 ± 0,32 e 4,07 ± 0,05, respectivamente. Enquanto a 2BLQ1* solubilizou 505,56 mg/L e pH final de 4,29 e a 4BLQ4* com 494,05 mg/L e pH 4,17. A menor média de P solúvel foi da cepa 7BLQ2 com 365,78 mg/L e pH de 7,0 para 4,33. Todas as cepas produziram ácido oxálico e os ácidos cítrico, fumárico e láctico foram liberados em menor concentração. Das 15 solubilizadoras de fosfato, 80% (13), cresceram em meio seletivo para fixadoras de nitrogênio. As bactérias 1BLQ4 e 2BLQ1* foram selecionadas para testes sob condições de estresse. Ambas solubilizaram fosfato na concentração de 0,5 M de NaCl, 421,81 mg/L e 432,77 mg/L, respectivamente. Nos diferentes pH testados (7, 8 e 9), as duas cepas seguiram com alto níveis de P solúvel. Quando submetidas aos testes com diferentes fontes de carbono (glicose, sacarose, lactose e amido), a glicose foi o mais eficiente para o mecanismo de solubilização dos dois isolados. Foi utilizado glicerol à 2%; 5% e 10% para induzir o estresse osmótico e ambas as cepas mantiveram alto níveis de P solúvel nas 3 condições testadas. Avaliando a cinética de solubilização a cada 24 horas durante 6 dias consecutivos, o melhor resultado da 1BLQ4 foi com 96 h de incubação (606,45 mg/L) e da 2BLQ1* com 120 h (565,41 mg/L). Os resultados demostram que bactérias recuperadas de liquens podem ser eficientes no mecanismo de solubilização de fosfato inorgânico em diferentes temperaturas, condições alcalinas e concentrações de salinidade, apresentando potencial biotecnológico para futuras aplicações agrícolas.

Lichens are pioneers in extreme environments, growing in nutrient-limiting conditions and are abundant in Antarctica. They represent a rich reservoir for the isolation of bacteria with biotechnological potential of agricultural interest, presenting characteristics of plant growth promoters, such as phosphate solubilization during lichen development. In this context, this research aimed to analyze the potential of bacteria isolated from 6 samples of Antarctic lichens for solubilization of inorganic phosphate, as well as to understand the influence of abiotic factors, such as temperature, pH variation, NaCl concentrations, carbon sources and induction of osmotic stress. Lichens were collected on King George Island during the OPERANTAR XXXVI expedition (summer 2017/2018). Bacteria were isolated under 2 conditions: Nutrient Agar and Nutrient Agar with 0.5M NaCl. Isolates were screened for phosphate solubilization using solid NBRIP medium (qualitative) and NBRIP broth medium (quantitative). Bacteria positive for solubilization were evaluated for their ability to fix nitrogen.The quantification of soluble phosphorus in the supernatant of the isolates was estimated using the ammonium molybdate-vanadate method and the quantification of organic acids by high-performance liquid chromatography (HPLC). Of 60 bacteria tested, 15 (25.0%) solubilized tricalcium phosphate at 15.0 ºC, which was confirmed in individual assays. All of them also solubilized at 25.0 ºC and at 30.0 ºC 13 strains (87.5%) were positive and at 35.0 ºC there was no microbial growth. The solubilization index (SI) was measured. The highest IS of phosphate at 15.0 ºC were from 1.75 to 3.02; at 25.0 °C from 1.84 to 2.76 and at 30.0 °C from 1.78 to 2.70. The best bacteria at the three temperatures were 1B.LQ4; 4BLQ4; 4BLQ4* and 2BLQ1*, together with 7BLQ2 were selected for phosphorus quantification in liquid medium at 25.0 ºC. The 1BLQ4 and 4BLQ4 strains had a mean of 605.18 ± 49.34 and 605.18 ± 28.08 mg/L and reduced the pH to 4.07 ± 0.32 and 4.07 ± 0.05, respectively. While 2BLQ1* solubilized 505.56 mg/L and final pH of 4.29 and 4BLQ4* with 494.05 mg/L and pH 4.17. The lowest mean of soluble P was from strain 7BLQ2 with 365.78 mg/L and pH from 7.0 to 4.33. All strains produced oxalic acid and citric, fumaric and lactic acid were released in lower concentration. Of the 15 phosphate solubilizers, 80% (13) grew in selective medium for nitrogen fixatives. Bacteria 1BLQ4 and 2BLQ1* were selected for testing under stress conditions. Both bacteria solubilized phosphate at the concentration of 0.5 M NaCl, 421.81 mg/L and 432.77 mg/L, respectively. At the different pH tested (7, 8 and 9), the two strains continued with high levels of soluble P. When subjected to tests with different carbohydrates (glucose, sucrose, lactose and starch), glucose was the most efficient for the solubilization mechanism of the two isolates. Glycerol was used at 2%; 5% and 10% to induce osmotic stress and both strains maintained high levels of soluble P in the 3 conditions tested. Assessing the solubilization kinetics every 24 hours for 6 consecutive days, the best result for 1BLQ4 was with 96 h of incubation (606.45 mg/L) and for 2BLQ1* with 120 h (565.41 mg/L). The results demonstrate that bacteria recovered from lichens can be efficient in the inorganic phosphate solubilization mechanism at different temperatures, alkaline conditions and salinity concentrations, presenting biotechnological potential for future agricultural applications.

Acesso restrito solicitado pela autora. Provável liberação em 20 nov. 2022.

Acesso aberto em 17 jan. 2023.

Acesso restrito solicitado pela autora (17 jan. 2023). Provável liberação em 20 nov. 2023. (Novo Termo de Publicação Assinado)