Phyllosphere Bacteria Improve Animal Contribution to Plant Nutrition

Authors


Abstract

Many plant species have evolved special adaptations for acquiring nitrogen in nutrient-poor soils. In Brazilian savannas, the bromeliad Bromelia balansae (Bromeliaceae) is inhabited by mutualistic spiders (Psecas chapoda, Salticidae), which provide nutrients to the plant through their debris (feces, prey carcasses). In this study, we tested if bacteria present on the B. balansae phyllosphere improves plant nutrition and growth by mineralizing complex organic N compounds from spider debris that accumulate on the phyllosphere into simple compounds that may be absorbed easily by leaves. We conducted a greenhouse experiment by manipulating bacteria abundance on the bromeliad phyllosphere using antibiotics. Using isotopic mixed model equations, we demonstrated that debris from spiders contributed 10.7 ± 1.9 percent (mean ± standard error) of the N in bromeliads that had their bacterial abundance reduced. In contrast, spider feces contributed 27.1 ± 4.4 percent of bromeliad N in the presence of the entire bacterial assemblage. These bromeliads accumulated 57 percent more soluble protein and grew 13 percent more than bromeliads that were grown under reduced bacterial density. These results highlight the importance of mineralizing bacteria on phyllosphere as a mechanism of N uptake by bromeliads.

Resumo

Muitas espécies de plantas têm evoluído adaptações para a aquisição de nitrogênio em solos pobres em nutrientes. Nas savanas brasileiras, a bromélia Bromelia balansae (Bromeliaceae) é ocupada pela aranha Psecas chapoda (Salticidae), a qual fornece nutrientes para a planta por meio dos seus detritos (fezes, carcaças de presas). Neste estudo, nós testamos se bactérias presentes na filosfera de B. balansae aumentam a nutrição e crescimento desta planta por meio da mineralização dos compostos orgânicos complexos dos detritos das aranhas, transformando-os em compostos simples que podem ser absorvidos facilmente pelas folhas. Nós conduzimos um experimento em casa de vegetação manipulando a abundância de bactérias na filosfera das bromélias utilizando antibióticos. Usando equações isotópicas de modelo de mistura, nós demonstramos que as fezes das aranhas contribuíram com 10.7 ± 1.9% (média ± erro padrão) do N das bromélias que tiveram a abundância de bactérias reduzidas. Por outro lado, as fezes das aranhas contribuíram com 27.1 ± 4.4% do N das bromélias na presença de toda a comunidade bacteriana. Estas bromélias acumularam 57% mais proteínas solúveis e cresceram 13% mais que as bromélias submetidas à baixa densidade de bactérias. Estes resultados reforçam a importância de bactérias mineralizadoras na filosfera como um mecanismo distinto para a obtenção de N em bromélias.

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