Assessment of phytostabilization of Pb/Zn mine soils with organic amendments and a native metallicolous ecotype of Festuca Rubra l.: implications for amendment selection and recovery of soil health

La contaminación del suelo es una de las principales amenazas para los ecosistemas y la salud humana. Actualmente, desde un punto de vista tanto económico como ambiental, la fitoestabilización es la mejor tecnología para remediar suelos contaminados con elevadas concentraciones de metales como son los suelos mineros. La fitoestabilización asistida consiste en el empleo de plantas y enmiendas orgánicas y/o inorgánicas con el fin de reducir la movilidad y la biodisponibilidad de los contaminantes y recuperar la salud de suelo. En este trabajo se han realizado ensayos en microcosmos y en campo centrándonos en la salud del suelo minero contaminado con Pb y Zn durante un proceso de fitoestabilización empleando enmiendas orgánicas (purines vacunos, gallinaza, estiércol de oveja y lodos de papelera mezclados con gallinaza) y/o la especie metalífera Festuca rubra con el objetivo de (i) estudiar las interacciones suelo-enmienda responsables de los cambios inducidos por el proceso de quimioestabilización en las propiedades físicoquímicas y biológicas del suelo, (ii) evaluar la efectividad del proceso de fitoestabilización sobre suelos vegetados y de la revegetación sobre suelos desnudos (iii) valorar la idoneidad de distintos indicadores químicos y biológicos (parámetros microbianos y de la vegetación) para monitorizar la efectividad de la fitoestabilización asistida en términos de reducción de la biodisponibilidad de metales en el suelo, mejora de la vegetación y de la recuperación de la salud del suelo. La aplicación de enmiendas al suelo minero supone una entrada de materia orgánica y nutrientes que conduce a una disminución de la biodisponibilidad de metales, facilitando la colonización de las plantas y el crecimiento de la vegetación nativa, además de estimular la actividad microbiana del suelo. El pH del suelo es un factor crítico que condiciona la movilidad de los metales y la toxicidad del suelo. Las poblaciones microbianas de las enmiendas no modificaron la diversidad funcional de las comunidades microbianas nativas de la mina. Los purines vacunos y los lodos de papelera mezclados con gallinaza son los tratamientos más efectivos en el proceso de fitoestabilización asistida bajo condiciones de campo. La gallinaza fue el tratamiento que más estimuló el crecimiento de la vegetación nativa y la colonización en los suelos desnudos. El bioensayo de elongación radical de lechuga es un test sensible, sencillo y barato para evaluar la biodisponibilidad de metal y la ecotoxicidad del suelo. Los tocoferoles son biomarcadores de exposición a metales con potencial para su implementación en bioensayos de toxicidad. Este trabajo permite concluir que la población metalífera de F. rubra, combinada con enmiendas orgánicas, es una excelente candidata para los proyectos de fitoestabilización asistida. Además, la monitorización simultánea de los parámetros fisicoquímicos y microbiológicos del suelo y de su ecotoxicidad permite una evaluación adecuada de la salud del suelo, así como la selección de enmiendas apropiadas para el desarrollo de un proceso fitoestabilizador.

Colonization and development of Oribatida mite communities (Acari: Oribatida) in the forest reclaimed limestone mine dumps

In order to study the colonization and development of moss mites (Oribatida) communities in a Scots pine forest of a reclaimed limestone mine dump in Northern Poland, 3 plots from the dump were chosen. The selected plots differed in age, 5 years old, 35 and 50 years old. From a total of 30 samples 499 mites (Acari) were extracted in Tullgren funnel from which 262 were Oribatida. Abundance (N) was analyzed in all mites and after determining the species of both, juvenile and adult stages of oribatids, the following indices were analyzed: Abundance (N), Dominance (D), Species diversity (S), Species richness (s) and Shannon’s diversity index (H). Regarding to the results obtained; oribatid mites were dominant with the highest abundance in all assemblages (Plot 1: 139 Oribatida /299 Acari. Plot 2: 40/55 and Plot 3: 83/145). Tectocepheus velatus showed a very high dominance (45,99%) in plot 1; the highest value for Shannon’s diversity index belonged to plot 3. On the other hand, juvenile’s percentage was significantly higher than adult’s percentage, especially at plot 2 (95,02%). These results made us to conclude that the high abundance of oribatids in the youngest forest is due to T. velatus’s high abundance and that plot 3 is the best habitat for mites. Finally, the high occurrence of juvenile stages requires keeping on studying the area.

Early response to nanoparticles in the Arabidopsis transcriptome compromises plant defence and root-hair development through salicylic acid signalling

Background: The impact of nano-scaled materials on photosynthetic organisms needs to be evaluated. Plants represent the largest interface between the environment and biosphere, so understanding how nanoparticles affect them is especially relevant for environmental assessments. Nanotoxicology studies in plants allude to quantum size effects and other properties specific of the nano-stage to explain increased toxicity respect to bulk compounds. However, gene expression profiles after exposure to nanoparticles and other sources of environmental stress have not been compared and the impact on plant defence has not been analysed. Results: Arabidopsis plants were exposed to TiO2-nanoparticles, Ag-nanoparticles, and multi-walled carbon nanotubes as well as different sources of biotic (microbial pathogens) or abiotic (saline, drought, or wounding) stresses. Changes in gene expression profiles and plant phenotypic responses were evaluated. Transcriptome analysis shows similarity of expression patterns for all plants exposed to nanoparticles and a low impact on gene expression compared to other stress inducers. Nanoparticle exposure repressed transcriptional responses to microbial pathogens, resulting in increased bacterial colonization during an experimental infection. Inhibition of root hair development and transcriptional patterns characteristic of phosphate starvation response were also observed. The exogenous addition of salicylic acid prevented some nano-specific transcriptional and phenotypic effects, including the reduction in root hair formation and the colonization of distal leaves by bacteria. Conclusions: This study integrates the effect of nanoparticles on gene expression with plant responses to major sources of environmental stress and paves the way to remediate the impact of these potentially damaging compounds through hormonal priming.

Amplicon metagenomics for elucidating microbial community changes associated to conventional and organic farming of Beta vulgaris and Solanum lycopersicum

Soil microbial community changes associated to conventional and organic farming of two relevant crops (Beta vulgaris and Solanum lycopersicum) were analysed through 16s rRNA amplicon sequencing. This study revealed microbial communities in the agricultural soils studied to be similar to other reported nutrient-rich microbiomes, and some significant differences between the microbial communities associated to the two farming practices were found. Some phyla (Chloroflexi and Thermi) were found to be present in different abundances according to soil treatment. As chloroplast interference can be a stumbling block in plant-associated 16s rRNA amplicon metagenomics analysis of aerial plant tissues, two protocols for bacterial cell detachment (orbital shaking and ultrasound treatment) and two protocols for microbial biomass recovery (centrifugation and filtration) were tested regarding their efficiency at excluding plant-DNA. An alternative method to the one proposed by Rastogi et al (2010) for evaluating the chloroplast-amplicon content in post-PCR samples was tested, and the method revealed that filtration was the most efficient protocol in minimising chloroplast interference.