Estudio de una estrategia alternativa de ingeniería genética para incrementar la fijación biológica de nitrógeno atmosférico

Para satisfacer los altos rendimientos que impulsan la agricultura moderna la aplicación de fertilizantes nitrogenados ha sido fundamental. Dado que la base de la producción industrial de los fertilizantes químicos esta basado en el uso de combustibles fósiles, estos, actualmente, incrementan el costo económico debido a la disminución constante de las reservas de petróleo. Además, dada la baja eficiencia en el uso del fertilizante aplicado por parte de las plantas y el alto impacto ambiental debido a la emisión de óxido nitroso, resulta necesario emprender la búsqueda de nuevas estrategias para aumentar la concentración del nitrógeno fijado. Una de las propuestas para disminuir la aplicación de fertilizantes es el uso de microorganismos fijadores de nitrógeno; que ya son ampliamente utilizados en leguminosas por su capacidad de establecer asociaciones simbióticas; las cuales, lamentablemente, aún no han sido encontradas entre los principales cultivos de cereales. El objetivo del presente trabajo es la producción de una técnica de ingeniería genética que permita obtener bacterias fijadoras de nitrógeno recombinantes capaces de asociarse a distintos cultivos vegetales incrementando la productividad de los mismos. Para ello, los genes que sintetizan la nitrogenasa (nif), que están co-localizados en una isla genómica, en Pseudomonas stutzeri A1501 se transfirieron, vía el cósmido recombinante X940, a un promotor del crecimiento vegetal, Pseudomonas protegens Pf-5. La bacteria recombinante obtenida, P. protegens Pf-5 X940, fue capaz de crecer en medios de cultivo deficientes en nitrógeno o con el agregado de amonio; mostró una alta actividad nitrogenasa, liberando al medio de cultivo cantidades significativas de amonio y presentó expresión de los genes nif, sugiriendo que el proceso de fijación, en esta bacteria, es constitutivo. Las inoculaciones de especies vegetales (arabidopsis, alfalfa, festuca alta y maíz) con Pf-5 X940 aumentaron la concentración de amonio en el suelo y la productividad de las plantas en condiciones deficientes de nitrógeno. Estos resultados inician un nuevo camino hacia la producción efectiva de inoculantes recombinantes para la fijación de nitrógeno en un amplio rango de cultivos

Efectos de la composición de grupos funcionales sobre la invasión de especies exóticas y su impacto en pastizales de la pampa deprimida

El manejo de los ecosistemas produce cambios en la composición de las comunidades, que pueden influir sobre la susceptibilidad de la comunidad a ser invadida y sobre los impactos de la invasión. En esta tesis, avanzo con la comprensión del rol que ejerce la composición funcional de plantas sobre la invasión de especies exóticas, usando dos aproximaciones experimentales. El experimento de remoción mostró que la pérdida selectiva de grupos funcionales promovió la invasión de acuerdo a la cantidad de biomasa removida, pero también a partir de un efecto de identidad de los pastos nativos de verano. La falta de compensación de los grupos remanentes, permitió que la invasión persista hasta al menos dos años después de cesados los disturbios. El experimento de ensamble en donde varió la composición de la comunidad, mostró una interacción sub-aditiva entre grupos funcionales nativos, generando que comunidades más diversas sean menos resistentes a la invasión respecto de comunidades compuestas por el grupo funcional más resistente. La composición de la comunidad determinó la invasión por Lolium multiflorum pero apenas afectó a Lotus tenuis. La intensidad de defoliación aumentó la invasión, pero en general no cambió los efectos de la composición funcional, excepto cuando la resistencia a la invasión estuvo dada por una alta superposición de nichos. La invasión por L. multiflorum o L. tenuis afectó negativamente a los pastos nativos de invierno, mientras que la productividad primaria neta aérea aumentó o no fue afectada. La superposición temporal de nichos, el efecto de prioridad y el fitness relativo de la invasora regularon el éxito de la invasión y los impactos generados sobre la comunidad receptora. Sin embargo, los efectos interactivos observados en ambos experimentos sugieren que la facilitación indirecta puede jugar un rol importante en controlar el éxito de las invasiones y los impactos que éstas generan.

Estudio de una estrategia alternativa de ingeniería genética para incrementar la fijación biológica de nitrógeno atmosférico

Para satisfacer los altos rendimientos que impulsan la agricultura moderna la aplicación de fertilizantes nitrogenados ha sido fundamental. Dado que la base de la producción industrial de los fertilizantes químicos esta basado en el uso de combustibles fósiles, estos, actualmente, incrementan el costo económico debido a la disminución constante de las reservas de petróleo. Además, dada la baja eficiencia en el uso del fertilizante aplicado por parte de las plantas y el alto impacto ambiental debido a la emisión de óxido nitroso, resulta necesario emprender la búsqueda de nuevas estrategias para aumentar la concentración del nitrógeno fijado. Una de las propuestas para disminuir la aplicación de fertilizantes es el uso de microorganismos fijadores de nitrógeno; que ya son ampliamente utilizados en leguminosas por su capacidad de establecer asociaciones simbióticas; las cuales, lamentablemente, aún no han sido encontradas entre los principales cultivos de cereales. El objetivo del presente trabajo es la producción de una técnica de ingeniería genética que permita obtener bacterias fijadoras de nitrógeno recombinantes capaces de asociarse a distintos cultivos vegetales incrementando la productividad de los mismos. Para ello, los genes que sintetizan la nitrogenasa (nif), que están co-localizados en una isla genómica, en Pseudomonas stutzeri A1501 se transfirieron, vía el cósmido recombinante X940, a un promotor del crecimiento vegetal, Pseudomonas protegens Pf-5. La bacteria recombinante obtenida, P. protegens Pf-5 X940, fue capaz de crecer en medios de cultivo deficientes en nitrógeno o con el agregado de amonio; mostró una alta actividad nitrogenasa, liberando al medio de cultivo cantidades significativas de amonio y presentó expresión de los genes nif, sugiriendo que el proceso de fijación, en esta bacteria, es constitutivo. Las inoculaciones de especies vegetales (arabidopsis, alfalfa, festuca alta y maíz)con Pf-5 X940 aumentaron la concentración de amonio en el suelo y la productividad de las plantas en condiciones deficientes de nitrógeno. Estos resultados inician un nuevo camino hacia la producción efectiva de inoculantes recombinantes para la fijación de nitrógeno en un amplio rango de cultivos

Actividad biológica y descomposición de rastrojo de trigo (14C) en suelos con distintas cantidades de sustrato y densidades aparentes

p.193-199

Efectos del riego complementario sobre propiedades del suelo en sistemas de producción con siembra directa

La irrigación y el sistema de labranzas modifican las propiedades edáficas. El objetivo de esta tesis fue estudiar el efecto del riego complementario sobre la fertilidad química y física de un suelo manejado bajo siembra directa (SD). Sobre un experimento ubicado en el INTA Manfredi, Córdoba, se evaluaron dos tratamientos: irrigado (Ri) y secano (Sec). En 1996 (instalación experimento), se muestreó el suelo en cuadrícula. En 2007 se muestrearon sitios para determinar la evolución de la salinidad, sodicidad, pH, carbono orgánico (CO), estabilidad de agregados (EA) e infiltración. Bajo riego, se incrementó la CE al inicio del experimento y luego existió un equilibrio aparente, con variaciones, pero sin acumulación paulatina de sales en el suelo. Se observó movimiento de sales en profundidad. El PSI aumentó desde la superficie, asociado al movimiento de sales, y se incrementó el pH. En Ri hubo una tendencia al incremento de CO en el estrato superficial y una menor pérdida en el subsuperficial. En 0-20 cm, se estimó un aumento diferencial del stock de CO en Ri de 0,221 tnC/ha/año y una mayor emisión de C-CO2. La EA del horizonte superficial fue superior bajo riego, asociada con el CO y, principalmente, la CE del suelo. No hubo diferencias entre tratamientos en la infiltración del agua, indicando ausencia de asociación entre infiltración y PSI. Luego de once años se considera que el riego no está provocando una degradación de las propiedades del suelo. La salinización fue de muy baja magnitud y si bien aumentó la sodicidad, no se observó degradación de la estructura ni se afectó el ingreso de agua al suelo. El mantenimiento de los niveles de CO en la superficie, el mayor aporte de residuos de cultivos y actividad biológica en el suelo irrigado, explicarían estos resultados.

La simbiosis entre pastos y hongos endofitos : su impronta aérea y subterránea en distintos contextos agroecológicos

Las plantas integran interacciones con múltiples especies mutualistas y antagonistas. Recientemente, se ha comenzado a considerar a los microorganismos simbiontes y en particular a hongos endofitos como moduladores de otras interacciones y, en consecuencia, de la estructura y el funcionamiento de las comunidades. El objetivo de esta tesis fue evaluar los efectos de la simbiosis entre pastos y hongos endofitos asexuales (Neotyphodium spp., Clavicipitaceae) sobre las comunidades del suelo y las relaciones de retroalimentación planta-suelo. Se postuló que la simbiosis Lolium multiflorum-N. occultans modifica la estructura de las comunidades aéreas a través de cambios en el suelo, y que estos efectos pueden variar con el contexto ecológico. Se realizaron ocho experimentos (en mesocosmos y a campo) en los que se manipuló la proporción de plantas con endofitos bajo distintas condiciones ambientales generadas por el pastoreo o la historia de uso. La presencia de la simbiosis redujo las tasas de descomposición y modificó la estructura de las redes tróficas del suelo, probablemente a través de la actividad radicular de la planta hospedante. La simbiosis generó respuestas de retroalimentación negativa sobre otras especies herbáceas, mejoró la capacidad invasora de L. multiflorum, aumentó la riqueza de especies vegetales y redujo la cobertura de pastos nativos y exóticos. Sin embargo, estos efectos sobre las comunidades aéreas y subterráneas fueron evidentes solo bajo ciertas condiciones dadas por el pastoreo y la historia de uso del suelo. Las interacciones múltiples que establecen las plantas y la historia del ambiente deberían ser consideradas en los modelos que describen los mecanismos que determinan la estructura y el funcionamiento de las comunidades. Esta tesis sostiene que la simbiosis pasto-endofito es más que un mutualismo defensivo ya que modula interacciones múltiples entre componentes aéreos y subterráneos e influye sobre la invasión y el ensamble de las comunidades

Agresividad, producción de micotoxinas y diversidad en las poblaciones de Fusarium graminearum de la región triguera argentina

La fusariosis de la espiga de trigo (FET) o golpe blanco, ocasionada por Fusarium graminearum Schwabe, es una enfermedad que afecta al cultivo de trigo (Triticum aestivum L. en todo el mundo, incluyendo la Argentina. La enfermedad ocasiona disminuciones del rendimiento, perjuicios sobre la calidad del trigo y la contaminación del grano con micotoxinas, que constituyen un riesgo para la salud y comprometen su utilización en la alimentación. Estos metabolitos, principalmente el deoxinivalenol (DON), han sido indicados como posibles factores de patogenicidad. La principal alternativa para el manejo de la enfermedad la constituye la resistencia genética. El conocimiento de la diversidad a nivel genético de las poblaciones de F. graminearum así como de la variabilidad en la agresividad presente en ellas y su relación con la producción de toxinas es información indispensable para la búsqueda de genotipos resistentes a la FET. En el presente trabajo, 112 aislamientos de F. graminearum de 28 poblaciones de la Provincia de Buenos Aires fueron analizados en su variabilidad genética, agresividad y capacidad de producción de micotoxinas. Una significativa heterogeneidad genética fue observada en las poblaciones, la mayor parte de la cual correspondió a diferencias dentro de las poblaciones antes que entre las poblaciones. La agresividad de los aislamientos, ensayada mediante la inoculación artificial de espigas de plantas de trigo cultivadas a campo, resultó un rasgo altamente heredable, variable y no estructurado geográficamente. La desecación de la porción superior de las espigas sintomáticas, probablemente debida a deficiencias de agua y nutrientes resultantes de la invasión vascular del patógeno, resultó ser una función de la agresividad de los aislamientos. Todos los aislamientos analizados presentaron quimiotipo genético DON. Se encontró una correlación significativa entre la severidad de los síntomas de la FET y la acumulación de toxina en los granos, pero no entre la producción de DON in vitro e in vivo. Los resultados obtenidos constituyen un significativo aporte al conocimiento de la dinámica de una enfermedad tan importante para la producción como constituye la FET

Remediación biótica y abiótica de un suelo contaminado con cobre, cinc y cromo : monitoreo biológico

El suelo, al ser uno de los sistemas clave para el desarrollo de las sociedades, puede resultar contaminado antrópicamente con metales pesados (MP), amenazando su funcionalidad. En función a la creciente preocupación que esto significa, en esta tesis se planteó, de modo general, evaluar el efecto remediador que presentan ciertas enmiendas orgánicas e inorgánicas, así como especies del género Sesbania en las propiedades químicas y biológicas de un suelo contaminado con Cu, Zn, y Cr. De todos los ensayos realizados en el transcurso de la misma, se pudo observar que cada MP interaccionó de manera diferente con los componentes del suelo, que además esa interacción con la matriz del suelo se vió influenciada por la presencia simultánea de otros metales. Asimismo, tanto la movilidad, como la disponibilidad de los mismos se vio afectada por la implementación de estrategias de remediación. También, la fitorremediación asistida, que incluye la combinación de estrategias in situ, resultó ser una alternativa interesante no solo para inmobilizar los metales en el suelo, sino para obtener sinergias que recuperen la calidad biológica, química y física del suelo. Se concluye que el uso combinado de enmiendas y especies vegetales nativas, es una estrategia práctica aceptable desde el punto de vista económico y ecológico, y que permite le recuperación de la calidad del suelo

Relación entre la fragmentación del hábitat primario a escala de paisaje y la avifauna dependiente de bosque tropical en la región caribeña de Guatemala

El estudio de los efectos de la modificación del hábitat sobre la diversidad biológica tropical es un tema fundamental para la biología de la conservación. El objetivo principal de este trabajo fue evaluar el efecto de la modificación del bosque tropical a escala de paisaje, y en particular de la fragmentación del bosque, sobre las comunidades de aves en la región caribeña de Guatemala, e identificar los mecanismos ecológicos principales asociados a dichos efectos. Relevé las comunidades de aves en 123 paisajes, y estudié la relación entre: 1) la presencia de 10 especies blanco; 2) la riqueza, abundancia y composición de las aves dependientes de bosque; 3) la dinámica temporal de dicha comunidad; 4) la riqueza de ocho gremios ecológicos, y la variación en la composición y configuración del hábitat en estos paisajes, mediante modelos lineales generalizados y técnicas multivariadas. Concluí que: 1) la persistencia de las aves en paisajes modificados depende de factores que operan a escalas extra-territoriales; 2) el efecto de la cobertura de bosque sobre la comunidad de aves fue mayor, pero hubo fuertes respuestas a la fragmentación y aumentos del perímetro de las especies de interior de bosque, las granívoras, nectarívoras, e insectívoras residentes de follaje y hojarasca; 3) la dinámica comunitaria de los paisajes con cobertura mayor al 40 por ciento, independientemente del grado de fragmentación, fueron muy similares a la del bosque continuo; 4) las especies más vulnerables a la modificación poseen poca capacidad de utilizar hábitats alternativos, impidiendo la suplementación de recursos en éstos y/o restringiendo su dispersión a otros fragmentos; aquellas que se alimentan y anidan en los estratos inferiores del bosque y construyen nidos abiertos son más vulnerables a los efectos bióticos y abióticos de los bordes de bosque; las especies que son miembros comunes de grupos de alimentación son afectadas por mayores requerimientos de área y una menor amplitud de hábitat.

Transporte de microorganismos indicadores de contaminación fecal en una cuenca de la pampa ondulada : el rol de las propiedades físicas y químicas de los suelos y de los sedimentos

Dentro de las actividades agropecuarias, es la ganadería sobre pastizales una de las principales producciones que favorece la contaminación biológica de las aguas superficiales. Uno de los principales factores que afecta este proceso es la absorción bacteriana. Por ello se analizó la interrelación entre el suelo y los fenómenos absortivos en tres escalas de percepción en una cuenca agropecuaria de la pampa ondulada. En la escala de laboratorio se pudo demostrar el importante rol de las propiedades físicas y químicas de los suelos en la absorción y coeficiente de partición bacteriana. Entre estas se destacaron la CIC, contenido de arcillas y PSI como predictores de estos parámetros biolóbicos. Además, los suelos evaluados mostraron una alta heterogeneidad en la capacidad de absorción bacteriana (45 por ciento a 73,3 por ciento) lo cual permitió separar ambientes con capacidades de absorción diferentes, encontrándose en los Argiudoles una abserción significativamente mayor que en los Natracualfes. En esta misma escala fue probado la importancia del tamaño de agregados y la calidad del medio líquido circundante en la regulación de los procesos abserotivos. El tamaño de agregado clave en estos procesos fue el de 20 a 50 µm mientras que un medio líquido con alta fuerza iónica intensificaba estos procesos. A escala de parche, en parcelas inoculadas con E. coli bajo lluvia simulada, se corroboró la importancia de la absorción y coeficiente de partición en la retención bacteriana por parte del suelo y se comprobó el rol de las propiedades del suelo sobre estos parámetros a semejanza de lo encontrado en laboratorio. Por último a escala de cuenca se puso de manifiesto la incidencia de la absorción y Kd bacteriano en el transporte de contaminantes biolóbiocos a través del escurrido superficial. Esta escala permitió la consideración de parámetros claves en el transporte bacteriano como la supervicencia bacteriana, la temporalidad de ocurrencia de las lluvias así como su intensidad. Los resultados obtenidos a nivel de laboratorio, parche y cuenca constituyen un avance en el estudio de la dinámica de la contaminación biológica de los suelos y los cursos de agua en ambientes frágiles destinados a la producción animal

Biological parameters and glomalin levels as quality indicators in a soil implanted with exotic forest species in Argentine Patagonia

p.83-88

Efect of Nostoc muscorum Ag. on germination in vitro of Bremia lactucae sporangia in Lactuca sativa L. Regel

p.1-8

Biological and demographic response of aphids Nasonovia ribisnigri (Mosley) and Aulacorthum solani (Kaltenbach) (Hemiptera : Aphididae) on lettuce commercial cultivars under laboratory conditions

p.17-24

Remediación biótica y abiótica de un suelo contaminado con cobre, cinc y cromo : monitoreo biológico

El suelo, al ser uno de los sistemas clave para el desarrollo de las sociedades, puede resultar contaminado antrópicamente con metales pesados (MP), amenazando su funcionalidad. En función a la creciente preocupación que esto significa, en esta tesis se planteó, de modo general, evaluar el efecto remediador que presentan ciertas enmiendas orgánicas e inorgánicas, así como especies del género Sesbania en las propiedades químicas y biológicas de un suelo contaminado con Cu, Zn, y Cr. De todos los ensayos realizados en el transcurso de la misma, se pudo observar que cada MP interaccionó de manera diferente con los componentes del suelo, que además esa interacción con la matriz del suelo se vió influenciada por la presencia simultánea de otros metales. Asimismo, tanto la movilidad, como la disponibilidad de los mismos se vio afectada por la implementación de estrategias de remediación. También, la fitorremediación asistida, que incluye la combinación de estrategias in situ, resultó ser una alternativa interesante no solo para inmobilizar los metales en el suelo, sino para obtener sinergias que recuperen la calidad biológica, química y física del suelo. Se concluye que el uso combinado de enmiendas y especies vegetales nativas, es una estrategia práctica aceptable desde el punto de vista económico y ecológico, y que permite le recuperación de la calidad del suelo

Eficiencia in vitro de antagonistas de Rhizoctonia solani y Sclerotium rolfsii y análisis camparativo de distintos modelos de crecimiento

p.59-65