Efecto de la contaminación de cadmio y zinc en la diversidad bacteriana del suelo

Abstract

El Cd y el Zn son metales de interés debido a su alta biodisponibilidad ambiental y toxicidad, razones por las cuales se debe prestar atención a su efecto en las comunidades bacterianas del suelo, que son responsables de la fertilidad del suelo y de brindar servicios ecosistémicos, así como a la relación planta – bacteria – metal. Por lo anterior, se determinó el efecto del Cd y del Zn en la estructura y diversidad de las comunidades bacterianas de un suelo (molisol) cultivado con Echinocactus platyacanthus. El suelo fue caracterizado fisicoquímicamente (textura, humedad, pH, CE, carbono total, carbonato de calcio, carbono orgánico, amonio, nitrato, CIC, macronutrientes, micronutrientes, Cd y Zn total, soluble y biodisponible, P total y disponible, S soluble y N total) y dispuesto en macetas con plantas de Echinocactus platyacanthus. Luego, se les aplicaron tres concentraciones de Cd+2 y de Zn+2, de manera individual y por triplicado, según los niveles de referencia para suelos agrícolas de México y Estados Unidos. Se dispusieron en invernadero durante 30 días, y se les realizó una nueva caracterización química. La determinación de la estructura y diversidad bacteriana, antes y después de la contaminación, se realizó en el suelo de la rizosfera, para lo cual se extrajo el ADN y se secuenciaron las regiones V1 – V3 del gen 16S rRNA en equipo de Illumina Miseq 2x300 pb. Se cuantificó la abundancia de las bacterias fijadoras de nitrógeno por amplificación del gen nifH en qPCR. El carbono de la biomasa microbiana se determinó por el método de fumigación / extracción. El efecto de la contaminación de Cd y Zn en E. platyacanthus se evaluó mediante la fluorescencia de la clorofila, con un MINI-PAM. El análisis bioinformático se realizó en Mothur (versión 1.35.1), los heatmaps en R v. 34.0, y los análisis estadísticos en SPSS v. 22.0. El efecto negativo y significativo del Cd sobre la diversidad bacteriana y la eficiencia fotosintética de E. platyacanthus, así como su efecto positivo sobre la biomasa microbiana, pudo deberse tanto a la interacción planta-bacteria-metal, que influye positivamente en el incremento de la tolerancia al estrés ambiental ocasionado por este metal, como a la biodisponibilidad del mismo. La contaminación con Zn afectó negativamente la riqueza y la diversidad bacteriana del suelo, y E. platyacanthus no mostró estrés, infiriéndose que existe una resistencia y/o tolerancia a los niveles aplicados de este metal.

//Abstract: Cd and Zn are metals of interest due to their high environmental bioavailability and toxicity, reasons attention should be due to their effect on soil bacterial communities, which are responsible for soil fertility and for providing ecosystem services, as well as the plant - bacteria - metal relationship. Therefore, the effect of Cd and Zn on the structure and diversity of the bacterial communities of a soil (molisol) cultivated with Echinocactus platyacanthus was determined. The soil was characterized physicochemically (texture, humidity, pH, EC, total carbon, calcium carbonate, organic carbon, ammonium, nitrate, CEC, macronutrients, micronutrients, total, soluble and bioavailable Cd and Zn, total and available P, soluble S and total N) and arranged in pots with Echinocactus platyacanthus plants. Then, were applied three concentrations of Cd+2 and Zn+2, individually and in triplicate, according to the reference levels for agricultural soils of Mexico and the United States. These ones were dispose in a greenhouse for 30 days, and underwent a new chemical characterization. The determination of bacterial structure and diversity, before and after contamination, was carried out in the rhizosphere soil, for which the DNA was extracted and the V4 region of the 16S rRNA gene were sequenced in Illumina Miseq 2x300 pb equipment. The abundance of nitrogen-fixing bacteria was quantify by amplification of the nifH gene in qPCR. The carbon of the microbial biomass was determine by the fumigation / extraction method. The effect of contamination of Cd and Zn in E. platyacanthus was assess by chlorophyll fluorescence with MINI-PAM. The bioinformatic analysis was perform in Mothur (version 1.35.1), the heatmaps in R v. 34.0, and the statistical analyzes in SPSS v. 23.0. The negative and significant effect of the Cd on the bacterial diversity and the photosynthetic efficiency of E. platyacanthus, as well as its positive effect on the microbial biomass, could have been due to the plant-bacteria-metal interaction, which positively influences the increase of the tolerance to environmental stress caused by this metal, as well as its bioavailability. Zn contamination negatively affected the soil's richness and bacterial diversity, and E. platyacanthus showed no stress, inferring that there is a resistance and / or tolerance to the applied levels of this metal