A study on the phylogeny and the ecology of ammonia-oxidizing bacteria using a new molecular marker based on the gene amoB

L'agricultura i la industrialització han causat un augment significatiu del nombre d'ambients rics en amoni. La presència de compostos nitrogenats redueix la qualitat de l'aigua, causant problemes de toxicitat, deteriorant el medi ambient i fins i tot afectant la salut humana. En conseqüència, la nitrificació s'ha convertit en un procés global que afecta al cicle del nitrogen a la biosfera. Els bacteris oxidadors d'amoni (AOB) són els responsables de l'oxidació de l'amoni a nitrit, i juguen un paper essencial en el cicle del nitrogen. Els primers oxidadors d'amoni foren aïllats a finals del segle XIX, però la lentitud del seu creixement i les dificultats per cultivar-los feren que fins als anys 80, amb els primers estudis emprant el gen 16SrDNA, no s'assolís un coneixement complert d'aquest grup bacterià. Actualment les bases de dades contenen multitud d'entrades amb seqüències corresponents a AOB. L'objectiu d'aquest treball era trobar, desenvolupar i avaluar eines útils i fiables per a l'estudi dels AOB en mostres ambientals. En aquest treball primer descrivim la utilització de la hibridació in situ amb fluorescència (FISH), mitjançant l'aplicació de sondes amb diana en el 16SrRNA dels AOB. La FISH ens va permetre detectar i recomptar aquest grup bacterià; no obstant, aquest mètode no permetia la detecció de noves seqüències, pel que es necessitava una nova eina. Amb aquesta intenció vam aplicar la seqüència de la sonda Nso1225 en una PCR. El fet d'amplificar específicament un fragment del 16SrDNA dels AOB va suposar el desenvolupament d'una nova eina molecular que permetia detectar la presència i diversitat d'aquests bacteris en ambients naturals. Malgrat tot, algunes seqüències pertanyents a bacteris no oxidadors d'amoni del subgrup β dels proteobacteris, eren també obtingudes amb aquesta tècnica. Així mateix, un dels inconvenients de l'ús del 16SrDNA com a marcador és la impossibilitat de detectar simultàniament els AOB que pertanyen als subgrups β i γ dels proteobacteris. El gen amoA, que codifica per la subunitat A de l'enzim amoni monooxigenasa (AMO), era aleshores àmpliament utilitzat com a marcador per a la detecció dels AOB. En aquest treball també descrivim la utilització d'aquest marcador en mostres procedents d'un reactor SBR. Aquest marcador ens va permetre identificar seqüències de AOB en la mostra, però la necessitat de detectar amoA mitjançant clonatge fa que l'ús d'aquest marcador requereixi massa temps per a la seva utilització com a eina en estudis d'ecologia microbiana amb moltes mostres. Per altra banda, alguns autors han assenyalat l'obtenció de seqüències de no AOB en utilitzar amoA en un protocol de PCR-DGGE. Amb la finalitat d'obtenir una eina ràpida i rigorosa per detectar i identificar els AOB, vam desenvolupar un joc nou d'oligonucleòtids amb diana en el gen amoB, que codifica per a la subunitat transmembrana de l'enzim AMO. Aquest gen ha demostrat ser un bon marcador molecular pels AOB, oferint, sense tenir en compte afiliacions filogenètiques, una elevada especificitat, sensibilitat i fiabilitat. En aquest treball també presentem una anàlisi de RT-PCR basada en la detecció del gen amoB per a la quantificació del gènere Nitrosococcus. El nou joc d'oligonucleòtids dissenyat permet una enumeració altament específica i sensible de tots els γ-Nitrosococcus coneguts. Finalment, vam realitzar un estudi poligènic, comparant i avaluant els marcadors amoA, amoB i 16SrDNA, i vàrem construir un arbre filogenètic combinat. Com a resultat concloem que amoB és un marcador adequat per a la detecció i identificació dels AOB en mostres ambientals, proporcionant alhora agrupacions consistents en fer inferències filogenètiques. Per altra banda, la seqüència sencera del gen 16S rDNA és indicada com a marcador en estudis amb finalitats taxonòmiques i filogenètiques en treballar amb cultius purs de AOB.

Nitrifying and denitrifying bacterial communities in the sediment and rhizosphere of a free water surface constructed wetland

La contínua descàrrega de nutrients, sobretot fosfats i nitrogen, és la major causa d'eutrofització dels ecosistemes aquàtics. Els sistemes de tractament basats en aiguamolls construïts s'han emprat per reduir ells nivells de nitrogen a l'aigua com a alternativa de baix cost als mètodes de depuració convencionals. L'eliminació del nitrogen a aquests sistemes depèn en bona part de la vegetació, i l'alternança de condicions aeròbiques i anaeròbiques per promoure els processos de nitrificació i desnitrificació. En aquest treball hem volgut investigar les activitats microbianes de nitrificació i desnitrificació en relació a dues espècies de plantes macròfites en un sistema d'aiguamolls de tractament de flux superficial (FS-SAC), dissenyat per minimitzar l'impacte de l'alliberament d'aigua carregada de nutrients a la reserva natural dels Aiguamolls de l'Empordà (Girona, Espanya).

Emissions de N2O i desnitrificació en sòls agrícoles i d'ecosistemes naturals. Factors de regulació

La major conscienciació actual dels problemes de pol·lució que acompanyen les pèrdues de N del sòl cap a l'atmosfera ha reorientat les investigacions cap a un coneixement més profund dels processos implicats en les emissions dels compostos nitrogenats que comporten un major perjudici des d'un punt de vista ecològic així com els seus principals factors reguladors. La creixent preocupació per l'increment de la concentració atmosfèrica de N2O és deguda a les seves interaccions amb la fotoquímica atmosfèrica i el balanç de radiació de la Terra ja que intervé en la destrucció de la capa estratosfèrica d'ozó, contribueix a l'efecte hivernacle i participa de la pluja àcida. Es considera que els sòls són la principal font de N2O atmosfèric. Al voltant del 90% d'aquestes emissions són d'origen biòtic; els principals processos implicats són la desnitrificació i la nitrificació. L'emissió del N2O produït a través d'aquests dos processos es caracteritza pels diferents nivells de regulació que presenta ja que depèn de la taxa dels processos, de la proporció de N canalitzada per cada procés cap a la producció de N2O i del seu consum dins el mateix sòl el qual està relacionat amb les dificultats en el transport cap a l'atmosfera. Això comporta una gran dificultat a l'hora d'aprofundir en el coneixement de les emissions de N2O del sòl cap a l'atmosfera i de la seva regulació. El desconeixement dels nivells d'emissió de N2O i de la importància de la desnitrificació així com de la seva regulació tant en sòls agrícoles com naturals de les nostres contrades és el principal punt de partida dels objectius d'aquest treball.

Anàlisi de la capacitat de regeneració en estadis inicials del desenvolupament en diverses espècies mediterrànies del gènere Quercus

Aquest treball es centra en l'estudi de la regeneració vegetativa en els estadis inicials del desenvolupament de Quercus coccifera, Q. humilis, Q. ilex i Q. suber, analitzant la capacitat de rebrotada després de l'eliminació de la biomassa aèria. S'ha realitzat una descripció, a nivell histològic, de l'ontogènesi del nus cotiledonar des de l'embrió fins a la plàntula de mig any d'edat de Q. coccifera, Q. humilis i Q. ilex. Així mateix, s'ha analitzat el contingut de midó i de nitrogen a la primavera, l'estiu i l'hivern en diferents parts de les plàntules de les quatre espècies, avaluant, alhora, l'efecte de la tala. D'altra banda, també s'ha estudiat la biometria de les glans, la capacitat de germinació i el creixement de les plàntules de les quatre espècies de Quercus. A partir dels resultats s'ha comprovat que les glans de Q. suber, en general, són més grans, tant en diàmetre com en longitud, i tenen un pes superior, mentre que les de Q. ilex són més petites i pesen menys. En les quatre espècies estudiades, el pes de la llavor està determinat per la longitud i el diàmetre, si bé, també hi ha un cert efecte de l'espècie. Amb les dades obtingudes de les tres variables de la gla s'ha calculat una funció discriminant a partir de la qual es pot determinar, amb un alt grau d'encert, a quina espècie pertany una determinada gla coneixent la mida i el pes. En relació a la capacitat de germinació, en Q. coccifera i Q. ilex la germinació depèn del pes de la gla, mentre que en Q. humilis i Q. suber és independent. Així mateix, també s'ha comprovat que el pes de la llavor afecta positivament en el creixement de les plàntules de tres i sis mesos d'edat. Possiblement un major pes de la gla implica un contingut de substàncies de reserva més elevat, i per tant representa un major subministrament de nutrients cap a la planta, repercutint així en el seu creixement inicial. En plàntules de nou mesos d'edat ja no s'ha trobat relació entre el pes de la gla i el creixement de la planta, la qual cosa es podria explicar pel fet que les substàncies de reserva de la llavor s'han esgotat. Pel que fa al creixement de la plàntula, les plàntules de Q. ilex han tingut la major taxa de creixement per quasi totes les variables estudiades. En aquesta espècie, al principi de l'experiment la grandària de les plàntules ha estat baixa, però al final han crescut més que les de les altres espècies. Les plàntules de Q. coccifera han presentat la menor taxa. En les plàntules de les quatre espècies s'ha constatat, també, que la biomassa del sistema radicular és superior a la de l'aeri. Les plàntules de Q. coccifera i Q. humilis han tingut una relació BA/BR (biomassa aèria/biomassa radicular) més baixa que les de Q. ilex i Q. suber. En espècies mediterrànies s'ha relacionat sovint una baixa relació BA/BR com una adaptació a la sequera. No obstant això, Q. humilis és una espècie que viu en zones més humides que la resta d'espècies estudiades. En referència a la regeneració vegetativa, amb aquest estudi es demostra que les plàntules de les quatre espècies tenen una elevada capacitat d'emissió de rebrots, quan s'elimina la biomassa aèria per sobre la zona d'inserció dels cotilèdons. Tanmateix, el grau de supervivència difereix segons l'espècie i la intervenció. Així, per exemple, les plàntules de Q. ilex han presentat una major mortalitat tant en la primera com en la segona tala, mentre que en Q. humilis i Q. suber la supervivència de les plàntules ha disminuït després de talar dues vegades. En el cas de Q. coccifera el grau de supervivència és bastant similar tant en la primera com en la segona intervenció. La tala successiva afecta negativament al vigor dels rebrots en Q. coccifera, Q. humilis i Q. ilex. Ara bé, en el cas de Q. suber s'ha trobat que els rebrots emesos després de talar dues vegades han estat més grans que els obtinguts després d'una sola tala. Després de tallar la biomassa aèria per sobre la zona d'inserció dels cotilèdons, els rebrots s'originen a partir de les gemmes del nus cotiledonar. L'estudi de l'ontogènesi del nus cotiledonar ens ha permès de constatar que el patró de desenvolupament d'aquest en Q. coccifera, Q. humilis i Q. ilex és similar, però difereix del descrit per a Q. suber. En les tres primeres espècies el nus cotiledonar pràcticament no s'allarga i només es desenvolupen gemmes cotiledonars just en l'axil·la del pecíol cotiledonar. En aquest sentit, cal ressaltar que en el cas de Q. coccifera i Q. ilex les gemmes es formen després de germinar la gla, mentre que en Q. humilis i Q. suber són ja presents en l'embrió. Tal i com també s'ha descrit en Q. suber, en l'estadi de plàntula, en Q. coccifera, Q. humilis i Q. ilex a l'axil·la de la gemma cotiledonar proliferen noves gemmes, de tal manera que es formen plaques de gemmes. Les anàlisis del contingut de midó han permès de determinar que el sistema radicular de les plàntules de Q. coccifera, Q. humilis, Q. ilex i Q. suber conté aproximadament un 90% del midó de tota la planta. Concretament de les diferents fraccions del sistema radicular (nus cotiledonar, 11 pimers centímetres de l'arrel i resta de l'arrel) la major concentració de midó es troba ens els 11 primers cm de l'arrel, que en el cas de Q. suber correspon al nus cotiledonar. Quant a les estacions, a l'estiu la concentració de midó de la part aèria i radicular disminueix en Q. coccifera, Q. humilis i Q. ilex, si bé es recuperen a l'hivern. En canvi en el cas de Q. suber els nivells més baixos de midó s'han obtingut a l'hivern. La tala provoca una disminució dels nivells de midó, ja que una part d'aquest és mobilitzat per a la síntesi dels nous brots. En les quatre espècies la major proporció de midó mobilitzat és en els primers 11 cm de l'arrel, és a dir, el nus cotiledonar en el cas de Q. suber. Per tant, amb aquest estudi es reafirma que el nus cotiledonar de Q. suber és un lignotúber. Tanmateix, Q. coccifera, Q. humilis i Q. ilex no presenten cap lignotúber o estructura especialitzada en la rebrotada, si bé el fet de tenir gemmes i substàncies de reserva els confereix igualment una elevada capacitat per rebrotar. En relació al nitrogen, en les quatre espècies el sistema radicular presenta aproximadament el 70% del nitrogen total de la planta. A l'estiu, la concentració de nitrogen del sistema radicular de Q. humilis i Q. suber és més baixa que a l'hivern, mentre que en Q. coccifera i Q. ilex els valors són bastant similars en ambdues estacions. La tala no provoca una davallada dels nivells de midó, això possiblement es degui a que les plàntules van rebre continuament un aport de nitrogen a través de l'aigua de reg.