Microbial functional response to soil disturbance and plant sequence. The case study of arbuscular mycorrhiza and the bioprotective effect of wheat against Mn

Abstract

Indigenous arbuscular mycorrhizal fungi (AMF) have been proved an important ally in plant growth, and in the current agronomic context their contribution may be essential. When plant colonization by AMF is initiated from an intact extra radicular mycelium (ERM), the infection develops earlier and faster and results in an optimization of the potential benefits for the host plant, specially providing protection against abiotic stress such as metal toxicity. This work studied, in a two-phase greenhouse pot experiment, the effect of wheat (Triticum aestivum L.) growth on the soil microbial functional profile, under Mn stress, in relation to wheat antecedent plant mycotrophy (ERM development) and soil disturbance (ERM intact). In the first phase was evaluated the effect of four different plants with different levels of mycotrophy on several parameters of soil biological activity as well as the effect of soil disturbance after each plant. Mycotrophic plants exhibited higher soil biological, enzymatic and metabolic activities. In turn, the soil disturbance decreased most parameters analysed while increased the count of culturable microbial functional groups and C metabolism. In the second phase of the experiment, the effect of wheat growth on the same parameters of soil biological activity was assessed, taking into consideration different antecedent plants and whether the soil was previously disturbed or not. Wheat plants grown after mycotrophic plants in undisturbed soils presented higher shoot dry weight, enzymatic activity, photosynthetic parameters and mycorrhizal colonization. These findings suggest that soil biological activity is highly affected by the preceding plant and soil disturbance, and greatly impacted on wheat growth under Mn toxicity. The improvement in wheat dry weight after mycotrophic plants in the undisturbed soil may rely on shifts in microbial functional profile associated with a well-established AMF colonization and the intact mycelium network;Resposta funcional microbiana à perturbação do solo e à sequência de plantas. O estudo de caso de fungos micorrízicos arbusculares e seu no trigo contra a toxicidade do manganês. efeito bioprotetor - Resumo: Os fungos micorrízicos arbusculares (FMA), principalmente os autóctones, são um importante aliado no crescimento de plantas e no atual contexto agronómico o seu contributo pode ser essencial. Quando a colonização da planta por FMA é iniciada a partir de um micélio extra radicular (MER) intacto, a infecção desenvolve-se mais cedo e rapidamente, resultando numa otimização dos benefícios para a planta hospedeira, especialmente no que se refere à proteção contra estresses abióticos, como a toxicidade de metais. Este trabalho, desenvolvido numa experiência em vasos e em condições controladas (estufa), teve por objetivo estudar o efeito do crescimento do trigo (Triticum aestivum L.) sob estresse de manganês no perfil funcional do microbioma do solo, levando em consideração a micotrofia das plantas que o antecederam (desenvolvimento do MER) e a perturbação do solo (MER intacto ou perturbado). Numa primeira fase foi avaliado o efeito de quatro espécies de plantas com diferentes níveis de micotrofia em vários parâmetros de atividade biológica do solo, bem como o efeito da perturbação do solo após cada planta. Os resultados mostraram que no solo onde cresceram plantas micotróficas se observaram os maiores valores de atividade biológica, enzimática e metabólica. Por sua vez, a perturbação do solo causou uma diminuição na maioria dos parâmetros analisados, tendo aumentado o metabolismo de fontes de carbono e a contagem de grupos funcionais cultiváveis. Na segunda fase do experimento, avaliou-se o efeito do crescimento do trigo na atividade biológica do solo levando em consideração as diferentes plantas antecedentes e o facto de o solo ter sido previamente perturbado ou não. O trigo que cresceu após plantas micotróficas e em solo não perturbado apresentou maiores valores de matéria seca da parte aérea, de atividade enzimática, parâmetros fotossintéticos e colonização por FMA. Estes resultados sugerem que a atividade biológica do solo é altamente afetada pelo tipo de planta antecedente e pela perturbação do solo, condicionando de forma significativa o crescimento do trigo em condições de toxicidade do Mn. Além disso, o aumento no peso seco do trigo crescido após plantas micotróficas e solo não perturbado parece depender das mudanças do perfil funcional microbiano do solo associado a uma colonização por FMA bem estabelecida na planta hospedeira e à integridade da rede de micélio desenvolvida no solo.