Glyphosate effect on plant rhizobacteria

Abstract

Abstract: Results obtained from several studies suggest that the pre-seeding application of the widely used herbicide glyphosate can alter the microbial community of the rhizosphere of non-target plants, as well as soil processes mediated by microorganisms. Although this impact should be related to the response of weed plants to glyphosate application, little is known on the changes taking place in the microbial community of weed plant rhizosphere. A field and a greenhouse experiments were conducted in order to test the influence of recommended doses of glyphosate on the rhizosphere community of the weeds mustard, tansy mustard, and volunteer wheat. The greenhouse experiment determined the effect of two recommended doses of glyphosate (450 g a.i. ha-1, 1800 g a.i. ha-1) on the fungi and bacteria inhabiting the rhizosphere of the targeted volunteer wheat (Triticum aestivum L. cv. AC Lillian) and mustard plants (Brassica juncea) as revealed by plate counts conducted 24 h, 3 d and 7 d after application. Glyphosate shifted microbial community size, increasing the rhizobacterial counts in a dose-dependent manner. This effect could be direct, as glyphosate can be released by roots into the rhizosphere, or through physiological changes experienced by dying plants after glyphosate application. In the field experiment, the rhizosphere soil of wheat (Triticum aestivum L. cv. AC Lillian) and tansy mustard plants (Descurainia pinnate (Walter) Britton) growing in the pea and the wheat phases of a pea-wheat rotation system, was collected before and after glyphosate application (450 g a.i. ha-1). The microbial communities were analyzed by plate counts based on colony morphology. Bacterial morphotypes were identified based on 16S rDNA. Glyphosate triggered no detectable effects on the rhizobacterial community of tansy mustard or on fungi, but glyphosate influenced differently the rhizobacterial communities of the wheat crops grown in both, the pea and the wheat stubble environments. Glyphosate increased the abundance of the known triazine-s decomposer Arthrobacter aurescens, and decreased the abundance of potentially plant-growth-promoting Mesorhizobium loti and Variovorax paradoxus strains. It is concluded that pre-seeding applications of glyphosate may have undisclosed agronomic and environmental implications.

Resumen: Los resultados obtenidos desde numerosos estudios sugieren que la aplicación pre-siembra del herbicida ampliamente usado “glifosato”, puede alterar la comunidad microbial de la rizosfera de plantas que no son el objetivo de este herbicida, y por lo tanto, los procesos del suelo que son mediados por los microorganismos. Aunque este impacto debería estar relacionado con la respuesta de las malezas a la aplicación del glifosato, poco es conocido sobre los cambios que toman lugar en la comunidad microbial de la rizosfera de las malezas. Un experimento a nivel de campo y uno a nivel de invernadero fueron conducidos con el fin de evaluar la influencia de dosis recomendadas de glifosato en la comunidad de la rizosfera de malezas como mostaza, mostaza tanaceto y trigo voluntario. En el experimento de invernadero el glifosato fue aplicado a plantas de mostaza (Brassica juncea) y trigo voluntario (Triticum aestivum L. cv. AC Lillian) a dos dosis recomendadas (450 g i.a. ha-1, 1800 g i.a. ha-1) y, su efecto sobre las bacterias y hongos asociados a la rizosfera de estas plantas fue determinado a través de conteos de placa realizados 1, 3 y 7 días después de la aplicación. El glifosato cambió el tamaño de la comunidad microbial al incrementar los conteos rizobacteriales en una manera dependiente de la dosis. Este efecto pudo ser directo ya que el glifosato puede ser liberado desde las raíces a la rizosfera, o indirecto a través de los cambios fisiológicos experimentados por las plantas que están muriendo como resultado de su aplicación. En el experimento de campo, el suelo rizosférico fue colectado antes y después de la aplicación de glifosato (450 g a.i. ha-1) desde plantas de trigo voluntario (Triticum aestivum L. cv. AC Lillian) y mostaza tanaceto (Descurainia pinnate (Walter) Britton) que crecieron en las fases de arveja y trigo de un sistema de rotación arveja-trigo. Las comunidades microbiales fueron analizadas por conteos de placa basados en características morfológicas de las colonias. Los morfotipos bacteriales fueron identificados basados en la región 16S del ADNr. No hubo efectos detectables del glifosato en la comunidad de bacterias u hongos de la rizosfera de mostaza tanaceto, pero influenció diferencialmente las comunidades rizobacteriales de los cultivos de trigo voluntario que crecieron en entornos de residuos de arveja y trigo. El glifosato incrementó la abundancia de Arthrobacter aurescens, un degradador de triazina-s, y decreció la abundancia de cepas de Mesorhizobium loti y Variovorax paradoxus, potenciales promotores del crecimiento de plantas. Se concluye que las aplicaciones de glifosato pre-siembra pueden tener implicaciones ambientales y agronómicas no reveladas.