Desenvolvimento de bioformulações contendo endósporos de Bacillus velezensis S26 para controle biológico de doenças e promoção do crescimento vegetal - Russi, Alessandra (My University, 2024)
The bioinputs has gained prominence in response to the harmful effects caused by synthetic fertilizers and pesticides on the environment and human health. The genus Bacillus consists of Gram-positive, endospore-forming bacteria with antagonistic potential against various phytopathogens. These bacteria also stimulate plant development and induce resistance mechanisms in plants. Consequently, the use of endospores can contribute to extending the shelf life and stability of bioformulations. This study aimed to determine the inhibitory potential of Bacillus velezensis S26 endospores suspensions in controlling gray mold caused by Botrytis spp., anthracnose caused by Colletotrichum spp., and black foot rot, with the causal agent being the fungus Dactylonectria macrodidyma. Additionally, the study sought to investigate the action of B. velezensis S26 endospores suspensions in promoting the growth of strawberries and grapevines and to develop liquid and dry formulations using agro-industrial by-products. Initially, trials were conducted to induce and optimize bacterial sporulation in shaking-flasks. Subsequently, the antagonistic potential of B. velezensis S26 endospore suspensions against isolates of Botrytis spp. and Colletotrichum spp. was evaluated both in vitro and in vivo. In vivo trials were conducted on fruits and plants of grapevine and strawberry under controlled environmental conditions. Four bioformulations were then developed, consisting of leachate from grape marc composting and whey, either individually or in combination. The effectiveness of these formulations was determined under controlled conditions and in a commercial strawberry greenhouse. Similarly, a dry formulation was developed from two biochars derived from the pyrolysis of fresh grape pomace and previously composted grape pomace. The growthpromoting potential of these formulations was tested on the grapevine rootstock SO4 (Vitis berlandieri × V. riparia), cultivated in conventional substrate and copper-treated substrate. The effect of biochars associated with B. velezensis S26 endospores on black foot rot suppression was also examined. The results demonstrated that B. velezensis S26 endospores can effectively control anthracnose and gray mold in strawberries and grapevines. This inhibitory capacity was maintained even after six months of storage. Furthermore, cultivation in shaking-flasks and bioreactors led to B. velezensis S26 sporulation using compost leachate and whey as culture media. The use of these culture suspensions as liquid formulations provided performance similar to the commercial bioproduct Duravel WP® in a commercial strawberry greenhouse and promoted the growth of micropropagated strawberry plants. Finally, treatments using biochar enriched with B. velezensis S26 endospores contributed to minimize copper-induced stress, increase the biomass of micropropagated SO4 plants, and control grapevine black foot rot. Therefore, B. velezensis S26 emerges as a promising agent in the biocontrol of anthracnose, gray mold, and black foot rot, not only reducing the incidence and severity of these diseases but also stimulating the growth of these plants. As a result, the incorporation of B. velezensis S26 endospores into liquid bioformulations and biochars allows for the preservation of both cellular viability during storage and the ability to suppress fungal diseases and stimulate plant development, contributing to sustainable agriculture and adding value to agro-industrial waste and by-products. [resumo fornecido pelo autor]
Os bioinsumos têm ganhado destaque em resposta aos efeitos prejudiciais ocasionados pelo uso excessivo de fertilizantes químicos e pesticidas ao meio ambiente e à saúde humana. Nesse contexto, o gênero Bacillus é constituído por bactérias Gram-positivas, formadoras de endósporos e com ação antagonística contra vários fitopatógenos. Essas bactérias também atuam estimulando o desenvolvimento vegetal e promovendo a indução de mecanismos de resistência em plantas. Consequentemente, o emprego desses micro-organismos, na forma de endósporos, pode contribuir para prolongar a estabilidade e a vida de prateleira de bioformulações. O presente estudo teve como objetivo determinar o potencial inibitório de suspensões de endósporos de Bacillus velezensis S26 no controle da podridão cinzenta causada por Botrytis spp., da antracnose ocasionada por Colletotrichum spp. e do pé-preto, cujo agente causal inclui o fungo Dactylonectria macrodidyma. Somado a isso, buscou-se verificar a ação de B. velezensis S26 na promoção do crescimento em morangueiros e videiras, bem como seu emprego na elaboração de formulações líquidas e secas usando subprodutos agroindustriais. Inicialmente, os ensaios foram conduzidos visando promover a esporulação bacteriana, em frascos de cultivo mantidos sob agitação. Posteriormente, avaliou-se o potencial antagonístico das suspensões de endósporos B. velezensis S26 contra isolados de Botrytis spp. e Colletotrichum spp., tanto in vitro quanto in vivo. Os ensaios in vivo foram realizados em frutos e plantas de videira e morangueiro sob condições ambientais controladas. Em seguida, foram elaboradas quatro bioformulações constituídas por lixiviado da compostagem de bagaço de uva e soro de leite, isoladamente ou em combinação. A eficácia dessas formulações foi determinada tanto em condições controladas quanto em uma estufa comercial de morangos. De forma similar, foi desenvolvida uma formulação seca a partir de biochares provenientes da pirólise do bagaço de uva fresco e do bagaço de uva compostado. O potencial de promoção do crescimento dessas formulações foi testado no porta-enxerto de videira SO4 (Vitis berlandieri × V. riparia), cultivado em substrato convencional e substrato contendo altos níveis de cobre. Também, examinou-se o efeito desses biochares associados com endósporos B. velezensis S26 na supressão do pé-preto da videira. Os resultados demonstraram B. velezensis S26 apresenta capacidade de controlar, de forma eficaz, a antracnose e a podridão cinzenta em morangueiros e videiras. Essa atividade inibitória foi mantida após seis meses de armazenamento. Além disso, os ensaios em frascos de cultivo e biorreatores possibilitaram induzir a esporulação de B. velezensis S26, utilizando lixiviado de compostagem e soro como meio de cultura. O emprego dessas formulações líquidas contribuiu para a promoção do crescimento de morangueiros micropropagados, bem como para o biocontrole de podridões de frutos em uma estufa comercial de morangos, com um desempenho similar ao bioproduto Duravel WP®. Finalmente, os tratamentos utilizando biochar enriquecido com endósporos de B. velezensis S26 contribuíram para minimizar o estresse ocasionado pelo excesso de cobre no solo, aumentar a biomassa de plantas de SO4 micropropagadas e controlar o pé-preto da videira. Portanto, B. velezensis S26 é um agente promissor no controle biológico da antracnose, podridão cinzenta e pé-preto em morangueiros e videiras, não apenas reduzindo a incidência e severidade dessas doenças, mas também, estimulando o crescimento das plantas. Dessa forma, a incorporação de endósporos de B. velezensis S26 em bioformulações líquidas e biochares possibilita a preservação tanto da viabilidade celular durante o armazenamento quanto da capacidade de supressão de doenças fúngicas e de estímulo ao desenvolvimento vegetal, contribuindo para uma agricultura sustentável e agregando valor a subprodutos agroindustriais. [resumo fornecido pelo autor]
Keywords: Plantas - Doenças e pragas - Controle; Agricultura sustentável; Pragas - Controle biológico; Antracnose; Plants - Diseases and pests - Control; Sustainable agriculture; Agricultural pests - Biological control; Anthracnose