Arthrocnemum macrostachyum y su microbioma como herramienta para la recuperación de suelos degradados
- Autores: Salvadora Navarro de la Torre
- Directores de la Tesis: Eloísa Pajuelo Domínguez (dir. tes.), Ignacio Rodríguez Llorente (dir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Sevilla ( España ) en 2017
- Idioma: español
- Número de páginas: 231
- Tribunal Calificador de la Tesis: Miguel Ángel Caviedes Formento (presid.), Enrique Mateos Naranjo (secret.), Raúl Rivas González (voc.), José Álvarez Rogel (voc.), María del Carmen Montero Calasanz (voc.)
- Materias:
- Enlaces
- Tesis en acceso abierto en: Idus
- Resumen
- español
La contaminación por metales y pesados y la salinidad afectan a la calidad de los suelos agrícolas, disminuyendo el número de tierras utilizadas para la agricultura. Estos problemas afectan directamente a todos los seres vivos, incluidos los humanos. En esta Tesis Doctoral, se usó a la planta Arthrocnemum macrostachyum y a su microbioma como herramienta para la fitorremediación de los suelos degradados por estos contaminantes. A. macrostachyum es una planta halófita hiperacumuladora e hipertolerante al cadmio y podría ser usada como herramienta de fitorremediación. Esta planta crece de manera natural en las marismas del Odiel, un ecosistema contaminado con altos niveles de metales pesados. Durante este trabajo se aislaron un total de 48 bacterias (18 de la rizosfera de A. macrostachyum y 30 endófitos de esta misma planta) y todas ellas pudieron crecer en presencia de metales pesados y sal. Al menos una de las principales propiedades PGP (promotoras del crecimiento de la planta) estuvo presente en todas las bacterias aisladas y se observaron altos valores de estas propiedades. La presencia de metales pesados en el medio afectó a la producción de las propiedades PGP por las bacterias. Este efecto puede ser negativo o positivo, dependiendo del metal, la cepa y la propiedad PGP. Por otro lado, un alto número de estas bacterias aisladas podrían ser nuevas especies no descritas y estas cepas también fueron estudiadas. Los resultados obtenidos sugieren que estas bacterias podrían promover el crecimiento de las plantas incluso en presencia de metales pesados y que el conjunto de planta y bacterias podría ser una interesante herramienta de fitorremediación. Por ello, dos consorcios bacterianos formados por las mejores bacterias rizosféricas (CR) y los mejores endófitos (CE) fueron seleccionados en base a su resistencia a metales pesados y a sus propiedades PGP. La cinética de germinación de semillas de A. macrostachyum fue observada en presencia y ausencia de metales pesados usando estos dos consorcios. Por otro lado, un experimento de invernadero fue diseñado a partir de las semillas para investigar el papel de los consorcios en la capacidad de A. macrostachyum de captar y tolerar metales pesados cuando crece en sedimentos contaminados con metales. A las plantas se les asignaron tres tratamientos (inoculadas con el consorcio CR, inoculadas con el consorcio CE y sin inocular). Para empezar, la inoculación bacteriana aceleró la germinación de las semillas tanto en presencia como en ausencia de metales pesados. Ambos consorcios mejoraron la capacidad de A. macrostachyum para acumular iones en sus raíces y, además, también se amortiguaron los niveles de toxicidad. Las bacterias tuvieron un efecto beneficioso en el aparato fotosintético de las plantas, así como en la modulación de la maquinaria de estrés oxidativo. Estos resultados sugieren que la inoculación de A. macrostachyum con las bacterias seleccionadas podrían favorecer el establecimiento y el crecimiento de esta planta en marismas contaminadas y mejorar la eficiencia de la remediación. Con respecto al problema de la salinización de suelos agrícolas, hubo con creciente interés en la revegetación de estos suelos usando planta halófitas. En esta Tesis Doctoral se aislaron 8 endófitos de la parte aérea de plantas de A. macrostachyum crecidas en suelos agrícolas de la zona de Lebrija. Estas bacterias aisladas pertenecieron al género Bacillus y otros géneros relacionados. Se determinaron la presencia de propiedades PGP, la presencia de actividades enzimáticas y la tolerancia a sal. Las mejores bacterias fueron seleccionadas para la formación de un consorcio, con el cuál se estudió los efectos en la inoculación en la germinación de las semillas y en el desarrollo de las plantas en presencia de distintos tratamientos con sal (0, 510 y 1030 mM). La inoculación mejoró considerablemente la germinación de las semillas y el porcentaje de germinación. Además, la inoculación con el consorcio disminuyó los efectos de la salinidad, mejorando el crecimiento de las plantas e incrementando el potencial de A. macrostachyum de acumular Na+ en los tallos. Estos resultados sugieren que las bacterias aisladas de la filosfera de las plantas de A. macrostachyum parecen jugar un papel importante en la tolerancia de la planta a la sal bajo concentraciones de sal estresantes, mejorando la germinación de las semillas y el desarrollo de la planta.
- English
In the world, there are problems with contamination of heavy metals and problems about salinity. Both problems affect the quality of soils, the agriculture and, finally, to humans. In this work, Arthrocnemum macrostachyum and its microbiome were used as tool for the phytoremediation of degraded soils.
Arthrocnemum macrostachyum is a halophyte plant Cd- hyperaccumulator and hypertolerant and it could be used as phytoremediation tool. This plant grows naturally in Odiel marshes, a polluted ecosystem with high levels of heavy metals. A total of 48 bacteria were isolated (18 from the rhizosphere and 30 endophytes) and all of them could grow in presence of heavy metals and salt. At least one of the PGP properties was present in the isolated bacteria and there were several strains that showed high values of these properties. The heavy metals presence affected to the PGP production by the bacteria both negatively and positively. On the other hand, a high number of isolated bacteria could be new species and they were studied. The results suggest that the isolated bacteria could promote the plant growth even in presence of heavy metals and the set of plant and bacteria could be an interesting tool for the phytoremediation.
Two bacterial consortia with the best-performing endophytic (CE) or rhizospheric strains (CR) were selected on basis on the heavy metals resistance and PGP properties. A germination kinetics was observed in presence and absence of heavy metals using both bacterial consortia. On the other hand, a glasshouse experiment was designed to investigate the role of bacterial consortia on its metal uptake capacity and tolerance in plants grown in metal polluted sediments. Plants were assigned to three treatments (with CR, CE and without inoculation). Bacterial inoculation accelerated germination of A. macrostachyum seeds in both the absence and presence of heavy metals. Bioaugmentation with both bacterial consortiums enhanced A. macrostachyum capacity to accumulate ions in its roots. Furthermore, bioaugmentation ameliorated the phytotoxicity levels. Bacteria had a beneficial effect on photochemical apparatus and on the modulation of its oxidative stress machinery. These results suggest that inoculation of A. macrostachyum with the selected bacteria could ameliorate plant establishment and growth in contaminated marshes and improve the metal remediation efficiency.
Concernig to the salinity, there is an increasing interest to use halophytes for revegetation of salt affected ecosystems, as well as in understanding their mechanisms of salt tolerance. 8 endophytic bacteria belonging to Bacillus and closely related genera were isolated from phyllosphere of A. macrostachyum growing in salty agricultural soils. The presence of PGP properties and enzymatic activities and tolerance towards NaCl was determined. Effects of inoculation on seeds germination and adult plant growth under experimental NaCl treatments (0, 510 and 1030 mM NaCl) were studied. Inoculation with a consortium including the best performing bacteria improved considerably the kinetics of germination and the final germination percentage of A. macrostachyum seeds. Inoculation of plants mitigated the effects of high salinity on plant growth and physiological performance and, in addition, this consortium appears to have increased the potential of A. macrostachyum to accumulate Na+ in its shoots. Results suggest that bacteria isolated from A. macrostachyum phyllosphere seem to play an important role in plant salt tolerance under stressing salt concentrations, improving seed germination and plant development.
- español
