Crescimento e produção de milho híbrido Feroz VIP 3 submetidos a Bacillus subtilis e Azospirillum brasilense

ARTIGO ORIGINAL

Crescimento e produção de milho híbrido Feroz VIP 3 submetidos a Bacillus subtilis e Azospirillum brasilense

Vitória Abreu de Sousa¹; Gustavo Lima Pereira²; Nailson Mateus Lima Rodrigues³; Raimundo Leonardo Lima de Oliveira⁴; Ana Luisa da Conceição de Sousa Meeneses⁵; José Henrique dos Santos Nascimento⁶; Ângela Maria Campelo da Silva⁷; Lis Lanni Oliveira Pereira⁸; Leticia Maria Gomes de Sousa⁹; Leane Castro de Souza¹⁰; Luma Castro de Souza¹¹; Nilvan Carvalho Melo¹²; Raissa Rachel Salustriano da Silva-Matos¹³; Maryzelia Furtado de Farias¹⁴; Cândido Ferreira de Oliveira Neto¹⁵

Growth and production of hybrid corn Feroz VIP 3 subjected to Bacillus subtilis and Azospirillum brasilense

Abstract

Given the importance of corn for agriculture and the search for more sustainable agricultural practices, the hybrid corn cultivar Feroz VIP 3 is a favorable option for farmers due to its resistance to pests, diseases and adaptability to local conditions in eastern Maranhão. In addition, the use of fertilizers and inoculants containing Bacillus subtilis and Azospirillum brasiliense is recommended in order to promote better plant growth and higher productivity. Therefore, the objective of this study was to evaluate whether applications of Azospirillum brasiliense and Bacillus subtilis positively affect the growth and production of hybrid corn in the eastern region of the state of Maranhão, Brazil. The experiment was carried out at the Federal University of Maranhão, Chapadinha-Ma Campus, under field conditions. The design used was a randomized block design in a 2x3 factorial scheme, with four replications, totaling 24 experimental units. The treatments consisted of the use of Azospirillum brasiliense (with and without bacteria) and doses of Bacillus subtilis (0, 5.0 and 10.0 L ha-1). The variables analyzed were: plant height, stem diameter, number of leaves, dry mass of leaves, number of ears per plant, weight of 100 grains, diameter of the ear without straw, length of the ear without straw, tassel weight, grain weight and weight of the ear without straw. The combined effect of Azospirillum brasilense at a dose of 5.0 L ha-1 of Bacillus subtilis positively affected the stem diameter. The use of 5.0 L ha-1 of Bacillus subtilis allowed a better development of the number of leaves and dry mass. Inoculation with Azospirillum increased the grain weight of hybrid corn by 12.5%. Therefore, this study has important implications for the cultivation and sustainable exploitation of corn by farmers in eastern Maranhão.

Keywords: Sustainable agriculture, Bioinputs, Biological nitrogen, Zea mays L.

• • Introdução

 O milho (Zea mays L) pertence à família Poaceae, nativo da América do Norte [1]. Seu metabolismo fotossintético tipo C4 proporciona o uso altamente eficiente da radiação solar e do dióxido de carbono [2 e 3]. Essa espécie tem muitos usos, desde a fabricação de ração até a produção de etanol [4].

A produção de milho no Brasil atingiu um recorde, com aproximadamente 118 milhões de toneladas na safra 2021/22 [5]. Isso representa um aumento de 40% na produção em comparação com o ano anterior, superando facilmente a safra mais recente [5]. A safra 2023/2024 teve produção estimada em 117,6 milhões de toneladas, uma redução de 10,9% em relação ao ciclo anterior [6]. O declínio reflete a redução da área plantada e uma deterioração esperada no rendimento das colheitas. A primeira safra de cereais, que responde por 20,7% da produção total, passou por condições desfavoráveis, como altos índices pluviométricos nos estados do Sul do Brasil e baixos índices pluviométricos e altas temperaturas na região Centro-Oeste.

A deficiência de nitrogênio (N) é um dos principais fatores que limitam a produtividade do milho. Como a cultura demanda grandes quantidades desse nutriente, fontes alternativas de N podem oferecer benefícios agronômicos, ambientais e econômicos, impulsionando o crescimento das plantas. Nesse contexto, o uso de microrganismos como Azospirillum brasiliense e Bacillus subtilis surge como uma alternativa promissora para melhorar a disponibilidade de N.

A necessidade de maior produtividade e ao mesmo tempo a diminuição do uso de insumos químicos tem levado os estudos a se dedicarem em avaliar os benefícios do uso de microrganismo na agricultura. Pesquisas mostram que a aplicação de Azospirillum brasilense em sementes de milho apresentou alterações nas raízes das plantas levando ao incremento na produção de raízes e, assim, à expansão do sistema radicular e, consequentemente, maior utilização de água e nutrientes do solo [8]. Além do Azospirillum brasiliense, outro grupo de bactérias que vem sendo avaliado para utilização na cultura do milho é o gênero Bacillus [9]. A combinação dessa classe de microrganismos com plantas de milho traz múltiplas vantagens, pois possuem variedades de antibióticos, fitohormônios e enzimas que promovem o crescimento das plantas e o controle biológico de patógenos [10].

A compreensão dos benefícios do uso de microrganismos promotores de crescimento como Azospirillum pode ajudar no desenvolvimento de práticas agrícolas mais sustentáveis e eficientes, para atender aos requisitos de aumento da produtividade e diminuição no uso de insumos químicos e do impacto ambiental. Ao investigar o potencial desses microrganismos no cultivo do milho, espera-se que sejam fornecidos subsídios para a adoção de técnicas de manejo que promovam uma agricultura mais sustentável e resiliente, garantindo a segurança alimentar, a geração de renda para os agricultores, frente as mudanças climáticas. Por fim, até onde sabemos, não existem estudos relacionados ao uso de microrganismo promotores de crescimento em milho, cultivar Feroz VIP 3, nas condições edafoclimáticas da região leste do estado do Maranhão. Este estudo é crucial para apoiar práticas de manejo ambientalmente sustentáveis na produção do milho híbrido.

Neste estudo, a hipótese é que o crescimento e a produção do milho híbrido Feroz VIP 3 é afetado positivamente pela aplicação de Azospirillum brasiliense e Bacillus subtilis nas condições do leste maranhense. Portanto, o objetivo deste estudo foi avaliar se aplicações de Azospirillum brasiliense e Bacillus subtilis afetam de forma positiva o crescimento e a produção do milho híbrido.

• • Metodologia

• •  ​​ ​​ ​​ ​​ ​​​​ Localização da área, clima e coleta do solo

O estudo foi conduzido na área experimental do Campus Chapadinha (CCCH) da Universidade Federal do Maranhão (UFMA), no período de outubro de 2023 a janeiro de 2024. A região apresenta clima tropical úmido, com temperatura média anual de 27 ºC e precipitação de 1835 mm. Os dados de temperatura média durante o experimento estão detalhados na Figura 1.

Figura 1 - Dados de temperatura média, máxima e mínima durante o experimento no município de Chapadinha, Leste do Maranhão, Brasil.

A área experimental, com dimensões de 10 m x 20 m (0,02 ha), foi preparada por meio de roçagem e gradagem. Amostras de solo foram coletadas na profundidade de 0-20 cm, utilizando um trado holandês, e combinadas para formar uma amostra composta. A amostragem foi realizada 45 dias antes da semeadura do milho. A caracterização química e granulométrica do solo da área experimental encontra-se na Tabela 1.

Tabela 1 - Análise química e granulométrica do solo da área experimental no município de Chapadinha, Leste do Maranhão, Brasil.

MO (Matéria orgânica do solo): extração com oxidação por dicromato em meio ácido. P e K: extração por Mehlich- 1 e determinação por colorimetria (P) e por fotometria de chama (K). Ca, Mg e Al: extração com KCl (1,0 mol/ L) e determinação por absorção atômica (Ca e Mg) e por titulometria (Al). H+Al: extração com acetato de Ca a pH 7; SB = Soma de bases; *Saturação por bases; e **Saturação por alumínio. Análise granulométrica pelo método do densímetro. Fonte: Laboratório Terra Brasileira laboratório agronômico.

Foi realizada adubação com macro e micronutrientes em todos os tratamentos. Na semeadura foi aplicado 200 kg/ha de fósforo, 111,11 kg/ha de nitrogênio e 51,72 kg/ha de potássio. As fontes utilizadas foram o superfosfato triplo (45% de P2O5), ureia (45% de N) e o cloreto de potássio (58% de K2O), respectivamente. Na aplicação de micronutrientes foi usado a fonte FTE Br 12 (30 kg/ha). A adubação de cobertura foi realizada 40 dias após a semeadura (DAS). Após a adubação aplicou-se água para potencializar a percolação dos nutrientes no solo [13].

2.2  ​​ ​​​​ Delineamento experimental e tratamentos

Adotou-se um delineamento experimental em blocos casualizados, organizado em esquema fatorial 2x3, com quatro repetições, resultando em 24 unidades experimentais (Figura 2). O fator A correspondeu à presença ou ausência de Azospirillum brasiliense, enquanto o fator B representou as doses de Bacillus subtilis (0, 5,0 e 10,0 L ha-1).

Figura 2 - Croqui da área experimental no município de Chapadinha, Leste do Maranhão, Brasil.

2.3  ​​ ​​​​ Material vegetal, inoculante e fitohormônios

A inoculação das sementes de milho com Azospirillum brasiliense foi realizada cinco dias antes do plantio, aplicando-se 1,0 g de inoculante por mil sementes.

• •  ​​ ​​​​ Instalação e condução do experimento

As sementes foram semeadas manualmente, com a deposição de três sementes por cova, a uma profundidade aproximada de 3 a 4 cm. O espaçamento adotado foi de 1,0 m entre linhas e 0,15 m entre plantas. Quinze dias após a semeadura, realizou-se o desbaste, deixando-se uma única planta por cova.

Durante o experimento, a irrigação foi realizada por gotejamento, com vazão de 2,33 L ha-1. A área experimental foi mantida limpa, com remoção de plantas daninhas conforme necessário. O controle de pragas e doenças foi efetuado através da aplicação de herbicidas biológicos.

A aplicação foliar de Bacillus subtilis ocorreu no estádio vegetativo V3, quando as plantas apresentavam três pares de folhas trifolioladas completamente expandidas. As doses aplicadas foram de 5,0 L ha-1 e 10,0 L ha-1, seguindo os tratamentos estabelecidos. As aplicações foram realizadas no período da manhã, e lonas plásticas foram utilizadas para isolar os tratamentos e evitar a deriva da solução aplicada.

• •  ​​ ​​​​ Variáveis analisadas

A colheita foi realizada 85 dias após a semeadura (DAS), quando os grãos das espigas atingiram o máximo de peso seco e vigor. As seguintes variáveis foram analisadas: Altura de plantas (AP): medida com trena milimétrica, da base do solo à extremidade do pendão; Diâmetro do colmo (DC): medido com paquímetro digital em cada planta; Número de folhas (NF): contagem manual de folhas vivas; Massa seca das folhas (MSF): folhas secas em estufa a 60 °C por 24 horas (massa constante), pesadas em balança analítica; Massa dos grãos (PG): grãos colhidos manualmente e pesados em balança digital; Número de espiga por planta (NEP): contagem manual das espigas; Massa de 100 grãos (MS100): 100 grãos contados manualmente e pesados em balança digital; Diâmetro da espiga sem palha (DESP): medido com paquímetro digital; Comprimento da espiga sem palha (CESP): medido com fita métrica. Por fim, o peso do pendão (PPE) e o peso da espiga sem palha (PESP), ambos foram pesados em balança analítica.

• •  ​​ ​​​​ Análise estatística

Os dados foram submetidos à análise de variância (ANOVA) pelo teste F (p < 0,05). Quando significativo, as médias foram comparadas pelo teste de Tukey (p < 0,05). As análises estatísticas foram realizadas no software AgroEstat [14], e os gráficos e tabelas foram elaborados no Microsoft Excel.

• • Desenvolvimento e discussão

A aplicação de Azospirillum brasilense e Bacillus subtilis afetou o diâmetro do colmo do milho. O número de folhas e a massa seca foliar foram influenciados apenas por Bacillus subtilis. A altura das plantas não apresentou diferenças significativas (Tabela 2).

Tabela 2 - Análise de variância (ANOVA) das variáveis de crescimento do milho híbrido Feroz VIP 3 em função da aplicação de Azospirillum brasilense e doses de Bacillus subtilis, no município de Chapadinha, Leste do Maranhão, Brasil.

* - significativo (p < 0,05 ou 5%), ** - significativo (p < 0,01 ou 1%), NS = não significativo, CV = coeficiente de variação, AB = Azospirillum Brasilense, Br = 24-epibrassinolide, AB x Br = efeito de interação, AP – altura da planta, DC- Diâmetro do colmo, NF – Número de folhas e MSF – Massa seca das folhas.

Observou-se um efeito positivo da aplicação de Azospirillum brasilense e Bacillus subtilis no peso dos grãos, enquanto as demais variáveis não mostraram diferenças significativas entre os tratamentos (Tabela 3).

Tabela 3 - Análise de variância (ANOVA) das variáveis de produção do milho híbrido Feroz VIP 3 em função da aplicação de Azospirillum brasilense e doses de Bacillus subtilis, no município de Chapadinha, Leste do Maranhão, Brasil.

* - significativo (p < 0,05 ou 5%), ** - significativo (p < 0,01 ou 1%), NS = não significativo, CV = coeficiente de variação, AB = Azospirillum Brasilense, Br = 24-epibrassinolide, AB x Br = efeito de interação. NEP - nº de espiga por planta, M100 - massa de 100 grãos, DESP - Diâmetro da espiga sem palha, CESP – Comprimento da espiga sem palha, Ppe - Peso do pendão, PG – peso do grão e PESP - Peso da espiga sem palha.

A inoculação com Azospirillum brasilense resultou em maior diâmetro do colmo nas plantas de milho, especialmente nas doses de 0 e 5,0 L ha-1 de Bacillus subtilis (Figura 3).

Figura 3 - Diâmetro do colmo do milho híbrido Feroz VIP 3 em função da aplicação de Azospirillum brasilense e das doses de Bacillus subtilis, no município de Chapadinha, Leste do Maranhão, Brasil.

O aumento no diâmetro do colmo observado neste estudo pode ser atribuído à ação sinérgica de Azospirillum brasilense e Bacillus subtilis. A. brasilense promove a fixação biológica de nitrogênio, um nutriente essencial para o crescimento do milho. B. subtilis, por sua vez, pode ter estimulado a síntese de fitohormônios, como auxinas, que promovem o desenvolvimento vegetal. Estudos corroboram que a aplicação de Bacillus em milho aumenta a produção de fitohormônios e enzimas, como a redutase do nitrato, favorecendo o crescimento [10]. É importante destacar que, neste estudo, a aplicação foliar de B. subtilis contribuiu para a melhoria do desenvolvimento das plantas.

Em relação ao número de folhas, as doses de 0 e 5,0 L ha-1 de B. subtilis resultaram em valores superiores à dose de 10,0 L ha-1 (Figura 4A). Esse resultado sugere que doses mais baixas podem otimizar o crescimento foliar. A massa seca das folhas, por sua vez, foi significativamente maior na dose de 5,0 L ha-1, quando comparada às doses de 0 e 10,0 L ha-1 (Figura 4B). Esse padrão indica que a dose intermediária de B. subtilis pode ter promovido um maior acúmulo de biomassa foliar.

Figura 4 - Número de folhas (A) e massa seca das folhas (B) do milho híbrido Feroz VIP 3 em função da aplicação de Azospirillum brasilense e das doses de Bacillus subtilis, no município de Chapadinha, Leste do Maranhão, Brasil.

O crescimento vigoroso das plantas, impulsionado pela ação de microrganismos benéficos, resulta em aumento da biomassa. Azospirillum brasilense e Bacillus subtilis promovem o crescimento vegetal por meio de diversos mecanismos, incluindo a síntese de ácido indolacético (AIA), a solubilização de fósforo e zinco, e a produção de sideróforos [15, 16]. Especificamente, B. subtilis destaca-se pela solubilização de nutrientes, produção de fitohormônios e metabólitos com ação antifúngica e antibacteriana [16]. Estudos demonstram que a aplicação de B. subtilis pode aumentar em até 15% a massa fresca da parte aérea do milho safrinha [17]. A. brasilense, por sua vez, estimula o desenvolvimento radicular, favorecendo a formação de raízes laterais e aumentando a capacidade de absorção de água e nutrientes, além de melhorar a permeabilidade radicular [18, 20]. Adicionalmente, A. brasilense contribui para a resistência das plantas a condições adversas e modula a produção de hormônios vegetais, como auxinas, giberelinas e citocininas, resultando em maior biomassa da parte aérea [19]. Portanto, a coinoculação de A. brasilense e B. subtilis promoveu um aumento significativo no número de folhas e na massa seca da parte aérea das plantas de milho.

O peso de grãos foi significativamente maior na dose zero de Bacillus subtilis quando Azospirillum brasilense foi inoculado, em comparação com o tratamento sem inoculação. Nas doses de 5,0 e 10,0 L ha-1 de B. subtilis, não houve diferença estatística no peso de grãos entre os tratamentos com e sem Azospirillum (Figura 5).

Figura 5 - Peso dos grãos de milho híbrido feroz em função da aplicação de Azospirillum brasilense e das doses de Bacillus subtilis, no município de Chapadinha, Leste do Maranhão, Brasil.

Os resultados deste estudo sugerem uma possível competição entre as bactérias A. brasilense e B. subtilis por exsudatos liberados pela planta. Essa disputa pode ter levado à redução da população desses organismos benéficos nas folhas, diminuindo seu impacto positivo no desenvolvimento do milho. Bactérias antagonistas, como B. subtilis, geralmente atuam por meio de antibiose e, em alguns casos, por parasitismo e competição [16]. A produção de substâncias tóxicas resultantes desses mecanismos pode ter inibido o desenvolvimento de A. brasilense, prejudicando o efeito sinérgico esperado desses dois microrganismos no peso dos grãos. No entanto, é importante notar que outros estudos demonstraram um aumento de 21,9% na produtividade do milho quando as sementes foram inoculadas apenas com A. brasilense, em comparação com o tratamento controle.

Diante desses resultados conflitantes, são necessários estudos adicionais nas condições edafoclimáticas específicas deste experimento para elucidar melhor os efeitos da combinação de A. brasilense e B. subtilis no peso dos grãos.

• • Considerações finais

Este estudo investigou o impacto da coinoculação de Azospirillum brasilense e Bacillus subtilis no crescimento e produtividade do milho híbrido, buscando alternativas sustentáveis para a agricultura. Os resultados obtidos revelaram uma complexidade na interação entre esses microrganismos e sua influência no desenvolvimento da cultura.

A hipótese inicial era de que a combinação de A. brasilense, um promotor de crescimento vegetal, com B. subtilis, um agente de biocontrole, resultaria em um efeito sinérgico, impulsionando o crescimento e a produção do milho. No entanto, os dados indicaram que a coinoculação não proporcionou os resultados esperados em todas as variáveis analisadas. Um ponto crucial a ser considerado é a possível competição entre as bactérias por exsudatos radiculares, o que pode ter limitado a colonização e o efeito benéfico de ambos os microrganismos. Além disso, a produção de metabólitos secundários por B. subtilis, embora benéfica para o biocontrole, pode ter inibido o crescimento de A. brasilense, prejudicando a fixação biológica de nitrogênio.

A dosagem de 10,0 L ha-1, especificamente, apresentou resultados aquém do esperado, levantando questionamentos sobre a otimização da aplicação desses bioinsumos. É possível que essa dosagem não tenha sido suficiente para estabelecer uma população microbiana eficaz, ou que fatores edafoclimáticos específicos tenham influenciado a sobrevivência e a atividade das bactérias. Diante desses resultados, torna-se evidente a necessidade de estudos mais aprofundados para elucidar os mecanismos de interação entre A. brasilense e B. subtilis em diferentes condições edafoclimáticas. A otimização da dosagem e do momento de aplicação, bem como a avaliação de diferentes genótipos de milho, são aspectos cruciais a serem explorados em pesquisas futuras.

Portanto, embora a coinoculação de A. brasilense e B. subtilis apresente um grande potencial para a agricultura sustentável, a complexidade das interações microbianas e a influência de fatores ambientais exigem uma abordagem cautelosa e a realização de pesquisas adicionais para otimizar seu uso e maximizar seus benefícios nas condições edafoclimáticas do leste maranhense.

• • Declaração de direitos

 Os autores declaram ser detentores dos direitos autorais da presente obra, que o artigo não foi publicado anteriormente e que não está sendo considerado por outra Revista/Journal. Declaram que as imagens e textos publicados são de responsabilidade dos autores, e não possuem direitos autorais reservados à terceiros. Textos e/ou imagens de terceiros são devidamente citados ou devidamente autorizados com concessão de direitos para publicação quando necessário. Declaram respeitar os direitos de terceiros e de Instituições públicas e privadas. Declaram não cometer plágio ou auto plágio e não ter considerado/gerado conteúdos falsos e que a obra é original e de responsabilidade dos autores.

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