Résumé

Dans une précédente étude, Bacillus velezensis NC318, une souche bactérienne antagoniste isolée de la rhizosphère du sol d’une culture de palmier dattier dans la région du Tafilalet, a montré un haut potentiel antagoniste in vitro contre la pourriture racinaire de betterave sucrière causée par Sclerotium rolfsii Sacc. Le présent travail consistait à évaluer in vivo l’incidence et la sévérité de la maladie sur plants de betteraves sucrières en pot sous serre. 147 jours après le semis dans un sol infesté par les sclérotes de ce pathogène (40 sclérotes /250 g de sol), les résultats ont montré que la bactérie appliquée par la bactérisation des semences ou dans le sol naturellement infesté a pu inhiber totalement la germination des sclérotes et par la suite aucune infection des plantes de betteraves sucrières n’a été observée. Aussi une amélioration des paramètres de croissance des plants (le poids frais de la partie aérienne des plants, le poids frais des racines, la longueur des pousses et le nombre de feuilles) des plantes issues de semences traitées avec la souche NC318 a été enregistrée. Le test de la viabilité de la souche antagoniste NC318 sur les semences bactérisées et stockées à 4 °C, a montré que cet antagoniste est resté viable après cinq mois de conservation et a préservé son potentiel antagoniste contre S. rolfsii testé in vitro. Ces résultats suggèrent que la souche NC318 pourrait potentiellement être un agent de biocontrôle pour lutter contre S. rolfsii avec un effet biostimulateur de la croissance des plantes.

INTRODUCTION

La lutte biologique est une stratégie agroécologique visant à lutter contre les maladies causées par les pathogènes des plantes et permet de minimiser les interventions chimiques et leurs impacts négatifs sur la santé et l’environnement (Caulier et al., 2018). Les microorganismes naturels bénéfiques, également appelés agents de biocontrôle, permettent une gestion plus rationnelle et plus sûre des maladies causées par les pathogènes des plantes (Karimi et al., 2016). Plusieurs études ont signalé l’utilisation potentielle des bactéries de la rhizosphère, en particulier les PGPR, pour stimuler la croissance des plantes et les protéger contre les pathogènes fongiques (Rabbee et al., 2019). Parmi ces bactéries, les espèces du genre Bacillus ont été signalées efficaces pour le contrôle de plusieurs maladies des plantes causées par les agents pathogènes fongiques du sol (Carmona-Hernandez et al., 2019). Ces espèces se prêtent très bien à une utilisation dans l’agriculture vu leurs aptitudes à former des spores résistantes aux rayons ultraviolets, à la chaleur et à la sécheresse. Cela leur permet de résister à des conditions environnementales défavorables et facilite leur préparation à des fins commerciales (Tiago et al., 2004).

Les phytopathogènes du sol comme Sclerotium rolfsii sont très difficiles à contrôler. Ce champignon du sol à la capacité de former des sclérotes qui peuvent survivre pendant plusieurs années dans le sol dans des conditions environnementales difficiles. S. rolfsii est responsable de sérieux dégâts sur de nombreuses cultures agricoles, horticoles et arboricoles (Leoni et al., 2014). Les conditions chaudes et humides favorisent la croissance de ce pathogène, avec des températures optimales se situant entre 25 et 30 °C pour la croissance des hyphes et la germination des sclérotes (Punja, 1985). Au Maroc, il est l’agent causal principal de la pourriture des racines de la betterave à sucre (Beta vulgaris), principalement dans la région irriguée de Doukkala. Cette culture industrielle occupe une place importante dans le périmètre irrigué de Doukkala, en effet sa contribution à la production nationale est de 42 % (Redani, 2015). Cet agent pathogène a été rapporté comme étant très virulent dans cette région et attaque les tubercules de la betterave à sucre quelques semaines avant la récolte causant jusqu’à 80 % de pertes de rendement, de qualité de la récolte et de teneur en sucre des plantes ce qui entraîné des pertes économiques considérables (Khattabi et al., 2004). Bien que de nombreux fongicides soient efficaces in vitro et comme traitement des semences contre S. rolfsii, leur utilisation dans la pratique n’est pas justifiée d’un point de vue économique, ou environnemental, car les traitements doivent être répétés au moins trois fois sans que le contrôle soit garanti (Khattabi et al., 2004). En outre, la pourriture apparaît en fin de saison de la culture de betterave sucrière ils pourraient avoir des risques de résidus de pesticides dans les tubercules. Dans ces conditions la lutte contre S. rolfsii ne peut pas se faire à travers une seule méthode mais plutôt grâce à la combinaison de plusieurs méthodes de lutte dans le contexte d’une approche intégrée (rotation, labour profond, solarisation du sol visant à réduire la capacité de survie des sclérotes dans le sol, semis précoce, utilisation de microorganismes antagonistes) (Ezzahiri, 2021). L’utilisation de microorganismes tels que les bactéries PGPR, capable de protéger et de stimuler la croissance des plantes est une stratégie qui fait partie d’une production durable et écologique et qui peut être adoptée dans un programme de lutte contre S. rolfsii.

Dans le cadre de la recherche de mesure de lutte efficace mais aussi respectueuse de l’environnement contre S. rolfsii, une bactérie antagoniste B. velezensis NC318, isolée de la rhizosphère du sol, s’est montré efficace contre le pathogène dans les essais in vitro (Bidima et al., 2021). Cette inhibition a été induite par les mécanismes liés aux métabolites secondaires et aux composés organiques volatiles produits par la bactérie qui ont été mis en évidence dans les études précédentes. Cependant, l’utilisation de cette bactérie en pratique nécessite qu’elle soit adaptée à l’environnement dans lequel elle pourra être utilisée. Dans ce contexte, l’objectif principal de la présente étude était donc (i) d’évaluer à petite échelle dans des conditions sous serre l’effet de la souche NC318 dans le biocontrôle de la pourriture dans un sol naturellement infesté par les sclérotes et (ii) d’évaluer la capacité de cette bactérie à stimuler la croissance des plantes de betteraves sucrières.

MATÉRIEL ET MÉTHODES 

Microorganisme et conditions de culture

La souche bactérienne antagoniste Bacillus velezensis NC318 utilisée dans cette étude a été isolée de la rhizosphère d’une culture de palmier dattier dans la région du Tafilalet dans une précédente étude (Bidima et al., 2021). La souche NC318 a été cultivée sur milieu PDA (Potato dextrose agar) à 28 °C avant toute utilisation expérimentale.

Matériel végétal et substrat du sol

Des semences monogermes de betteraves sucrières de la variété «Casablanca» ont été utilisées dans tous les essais. Les semences ont été désinfectées superficiellement avec de l’hypochlorite de sodium (NaClO) à 1 % pendant trois minutes puis rincées trois fois avec de l’eau distillée stérile et séchées à l’air libre sous hotte à flux laminaire. Le sol utilisé lors de l’expérimentation a été prélevé à la station expérimentale de mise en valeur agricole (SEMVA) de Doukkala dans une parcelle fortement infestée par S. rolfsii (une moyenne de 40 sclérotes /250 g de sol). Le sol avait une texture limoneuse (limon: 64,3 %, sable: 23,6 %, argile: 12,2%), avec 3,4 % de matière organique, un pH de 7,98 et une conductivité électrique de 0,128 mS/cm.

Traitement des semences

Préparation des suspensions bactériennes

B. velezensis NC318 a été cultivée sur milieu PDA et incubée pendant 48 heures à 28 °C. La biomasse de la souche a été grattée délicatement à la surface de la culture et mise en suspension dans des flacons stériles contenant 250 ml du milieu liquide LB (Lysogeny broth). Les flacons ont été incubés à 28 °C dans une chambre de culture à l’obscurité et sous agitation continue (75 rpm) durant 72 heures. Les suspensions bactériennes ont été ajustées à une concentration de 108 cfu/ml par mesure spectrophotométrique (DO 600 nm).

Bactérisation des semences de betteraves sucrières

Les semences de betteraves sucrières désinfectées ont été délicatement trempées dans les suspensions bactériennes puis agitées pendant 30 minutes pour assurer une uniformité des cellules bactériennes sur la surface des semences. Elles ont été ensuite séchées sur du papier filtre stérile sous une hotte à flux laminaire durant 4 heures. Des semences non bactérisées trempées dans le milieu LB ont servi de témoin.

Effet de la souche NC318 sur la pourriture racinaire de la betterave sucrière causée par Sclerotium rolfsii

Le sol prélevé de la SEMVA a été broyé, tamisé (maille 7 mm de diamètre) et placé dans des pots en plastiques ovales de 30 cm de diamètre et 40 cm d’hauteur à raison de 10 kg par pot. Les semences bactérisées et non bactérisées ont été semées dans un plateau alvéolé puis repiquées dans les pots en plastiques 10 jours après le semis. Tous les pots ont été placés dans une serre à température ambiante, et arrosés tous les 2 jours. 100 jours après le semis, un traitement tardif et un traitement de rappel ont été appliqués au niveau des racines des plantes, avec une quantité de 100 ml (108 cfu/ml) de suspension bactérienne. 100 ml de milieu LB ont été ajoutés aux plants de betterave en pots servant de témoin. Les différents traitements ont été faits comme suit: T0: semences non bactérisées (témoin), T1: semences non bactérisées + traitement tardif; T2: semences bactérisées; T3: semences bactérisées + traitement de rappel. Le dispositif expérimental était disposé en bloc aléatoire complet, chaque traitement a fait l’objet de 4 répétitions et l’essai a été conduit 2 fois.

Incidence et sévérité de la pourriture de betteraves sucrières

La pourriture racinaire n’apparaît que lorsqu’on assiste à une température élevée couplée à une humidité du sol élevée. Lors des essais, les plantes ont été régulièrement suivies pour le développement des symptômes de la pourriture et l’arrachage a été fait 147 jours après le semis (environ 5 mois). Puis l’incidence de la maladie a été déterminée par la formule suivante:

La sévérité de la maladie a été évaluée pour toutes les plantes à l’aide d’une échelle allant de 0 à 4. Classification de la maladie, 0: plante saine avec une racine saine; 1: plante symptomatique et entre 0 % à 25 % de lésion sur la racine; 2: plante symptomatique et entre 25 % à 50 % de lésion sur la racine; 3: plante symptomatique et entre 50 % à 75 % de lésion sur la racine; 4: plante morte. La sévérité a ensuite été déterminée à l’aide de la formule établie par McFadden et al. (1989) comme suit:

a: nombre de plante avec le même degré d’infestation

b: degré d’infestation (échelle de classification de la maladie)

A: nombre total de plante

K: degré d’infestation le plus élevé

Effet de la souche NC318 sur la croissance des plantes de betteraves sucrières

Des semences de betteraves sucrières bactérisées et non bactérisées mises en germination dans un plateau alvéolé ont été transplantées 10 jours après le semis, dans des pots de 30 cm contenant du sol stérile (autoclavé deux fois à 121 °C pendant 1 heure à 24 heures d’intervalle). Les plantes ont été placées sous serre à température ambiante et arrosées régulièrement. Chaque traitement a fait l’objet de 4 répétitions à raison de 3 pots par traitements. 80 jours après le semis, les paramètres de croissance des plantes (le poids des plantes fraîches, le poids des racines fraîches, la longueur des pousses des plantes et le nombre de feuilles) ont été mesurés. Les paramètres de croissance issues des semences bactérisées ont été comparés aux plantes témoins issus des semences non bactérisées.

Suivi de la survie de la souche NC318 sur les semences bactérisées

Les tests de viabilité de la souche NC318 sur les semences de betteraves sucrières ont été évalués après 5 mois de conservation à 4 °C. La méthode consiste à placer 5 semences de betteraves sucrières dans des boîtes de pétri contenant du milieu PDA puis à incuber les boîtes à 28 °C pendant 24 heures.

Analyse statistique

Les données ont été saisies sur fichier Excel 2019 et ont été analysées été avec le logiciel SPSS (version 20). L’analyse de la variance (ANOVA) a été réalisée et une comparaison des moyennes des différents traitements a été effectuée par le test de Tukey à p<0,05.

RÉSULTATS 

Efficacité de la souche NC318 dans le contrôle biologique de Sclerotium rolfsii

B. velezensis NC318 a été testée pour sa capacité à réduire ou à inhiber le développement de la pourriture racinaire causée par S. rolfsii. L’essai a été réalisé sous serre sur plants de betterave à sucre en pots. La souche NC318 a montré une réduction significative (p<0,05) de l’incidence et de la sévérité de la maladie sur les plantes de betteraves sucrières par rapport au témoin non traité (T0) (Figure 1).

L’effet protecteur de la souche NC318 étaient plus prononcés dans les traitements T3 ou les semences ont été bactérisées avec l’application d’un traitement de rappel au cours du cycle. L’incidence de la maladie pour les traitements T3 était nulle et aucun symptôme de la pourriture n’a été observé sur les plants de betteraves sucrières (Figure 2). Par contre, l’incidence de la maladie dans les traitements témoin (T0) était de 91,7 % avec une sévérité de la maladie de 97,9 %. L’observation des racines montraient un mycélium blanc cotonneux avec des sclérotes matures (Figure 2).

La réduction des symptômes de la pourriture a été observée pour les traitements tardifs (T1) et cette réduction étaient beaucoup plus importantes pour les traitements avec des semences bactérisées sans rappel (T2). L’incidence de la maladie était respectivement de 16,7 et 58,3 %. Une différence significative entre les différents traitements dans la sévérité de la maladie a été observé (Figure 1).

Effet de la souche NC318 sur la croissance des plantes de betterave à sucre

L’effet de la stimulation de la croissance des betteraves sucrières par la souche NC318 a été évalué 80 jours après le semis dans un sol stérile. Les paramètres de croissance, à savoir le poids des plantes fraîches, le poids des racines fraîches, la longueur des pousses et le nombre de feuilles ont été significativement améliorés (p<0,05) comparativement aux plantes non traitées avec la souche NC318 (Tableau 1).

La souche NC318 a permis une augmentation de la croissance des plantes de betteraves sucrières par rapport au contrôle négatif (Figure 3).

Suivi de la vitalité de la souche NC318 sur les semences bactérisées

Des tests de viabilité de semences bactérisées avec une suspension bactérienne de la souche NC318 ont été ont menés après de 5 mois de conservation à 4 °C. Les résultats suggèrent que la conservation des semences n’a pas affecté la viabilité de la bactérie sur les semences après 5 mois de conservation (Figure 4).

DISCUSSION 

L’utilisation des agents de biocontrôle dans la lutte contre les pathogènes du sol est devenue une alternative prometteuse aux pesticides chimiques conventionnels. Les bactéries du genre Bacillus représentent les espèces les plus exploités en tant qu’agents de biocontrôle ou comme biopesticides (Lengai et al., 2018). Différentes propriétés, dont la capacité à former des endospores, à produire une grande variété de métabolites secondaires ayant des effets entres autres fongicides et à stimuler la croissance des plantes, ont fait du genre Bacillus un agent de lutte biologique prometteur (Mutlu et al., 2020). Plusieurs souches bactériennes ont été signalées comme agent bio protecteurs des plantes contre divers pathogènes du sol, en particulier les champignons phytopathogènes (Dawar et al., 2010; Alamri et al., 2015; Caulier et al., 2018). Diverses spécialités commerciales à base de souches de Bacillus sont déjà homologuées pour lutter contre certaines maladies cryptogamiques (ONSSA, 2022).

Dans cette étude, il a été démontré que B. velezensis NC318 est capable d’inhiber la germination des sclérotes et de réduire l’incidence et la sévérité de la maladie causée par le pathogène du sol S. rolfsii sur betterave à sucre. Les résultats des essais sur plants en pots sous serre ont révélé que la bactérie a pu inhiber de manière significative (p<0,05), avec une efficacité de biocontrôle de 100 %, le développement du pathogène en empêchant la germination des sclérotes et donc l’infection et la propagation de la maladie sur les tubercules des plants de la betterave à sucrière. Les résultats ont montré que l’incidence de la maladie était nulle, lorsque que les semences de betteraves sucrières ont été bactérisées et combiné à une application par arrosage d’une suspension bactérienne (108 cfu/ml) au niveau des tubercules des plantes. Dans une étude de Chen et al. (2020), une souche de B. velezensis LHSB1 a été efficace dans la lutte contre la pourriture de la tige de l’arachide, causée par S. rolfsii, dans des expériences conduites sur plants en pots sous serre. La souche LHSB1 a réduit de manière significative l’incidence de la maladie et la gravité de la pourriture des tiges (p<0,05) par rapport aux témoins, et l’efficacité du biocontrôle a atteint 70,8 %. D’autres souches bactériennes ont été signalées efficaces dans le contrôle de la pourriture racinaire de la betterave à sucre dû à S. rolfsii. Le traitement du sol avec une bactérie Pseudomonas fluorescens SBHRPF2 a réduit l’incidence de la pourriture racinaire de la betterave sucrière à un taux de 70,82 % (Paramasivan et al., 2019). Gholami et al. (2014) ont signalé que B. subtilis subsp. Subtilis, B. atrophaeus et B. subtilis subsp. Spizizenii ont réduit la sévérité de la maladie de pourriture racinaire dû S. rolfsii de plus de 50 % et ces souches ont permis la stimulation de la croissance des plantes de haricots dans des essais sous serres.

Les résultats de nos essais ont révélé que la souche NC318 a permis la stimulation de la croissance des plantes de betteraves sucrières. Une amélioration des paramètres de croissance (le poids des plantes fraîches, le poids des racines fraîches, la longueur des pousses et le nombre de feuilles) a été enregistrée. Dans la littérature , plusieurs souches de B. velezensis ont déjà été signalées comme des rhizobactérie favorisant la croissance des plantes (PGPR) entre autres, B. velezensis BAC03 sur culture de radis (Meng et al., 2016), B. velezensis CMRP 4490 sur culture de soja (Teixeira et al., 2021) et B. velezensis NKG-2 sur culture de tomate (Myo et al., 2019). Les mécanismes impliqués dans la stimulation de la croissance des plantes sont liés aux métabolites secondaires et/ou aux composés volatiles organiques qu’ils produisent qui sont également impliqués dans l’induction des mécanismes de défense (Gond et al., 2015). Dans les études précédentes, il a été démontré que la souche NC318 produits de puissants composés antifongiques entre autres la surfactine, l’iturine, la fengycine et la bacillibactine. Ces composés ont été signalées dans plusieurs études comme étant des inducteurs et des activateurs des mécanismes de la résistance systémique et de la stimulation de la croissance des plantes (Rabbee et al., 2019). Les résultats obtenus montrent que la souche NC318 a un grand potentiel pour être utilisée comme agent de biocontrôle dans la lutte contre la pourriture causée par S. rolfsii.

CONCLUSION 

Cette étude a décrit que la souche NC318 de B. velezensis a permis le biocontrôle de la pourriture racinaire de la betterave à sucre dû à S. rolfsii. Le traitement des plants par bactérisation des semences et /ou traitement du sol par une suspension de la souche NC318 a réduit significativement l’incidence et la sévérité de la maladie in vivo sur plants en pots sous serre en plus de sa capacité de stimuler de la croissance des plantes de betteraves sucrières. À l›avenir, des essais au champ devraient être menés pour préciser le mode d’application de l’antagoniste et étudier le potentiel antagoniste de la souche NC318 contre la pourriture racinaire de la betterave causée par S. rolfsii dans les conditions réelles de terrain.

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