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  • 1. La enzima Óxido Nitroso Reductasa de B. japonicum es clave en la mitigación de la emisión de N2 O por nódulos de plantas de soja Tortosa, G., Jimena-Bonillo, J.D., Hidalgo-García, A. , Bedmar, E.J., Mesa, S. y Delgado, M.J. Grupo de investigación “Metabolismo del Nitrógeno” Departamento de Microbiología del Suelo y Sistemas Simbióticos. Estación Experimental del Zaidín (EEZ), CSIC. Apartado Postal 419, 18080-Granada
  • 2. “Control de la emisión del gas invernadero N2 O por bacterias endosimbióticas asociadas a cultivos de leguminosas” Plan Nacional (AGL2010-18607) Investigadora Principal: Dra. Mª Jesús Delgado Igeño Año Inicio: 2011 Año Fin: 2014
  • 3. Mecanismos de emisión de N2 O en un suelo agrícola Dos procesos microbiológicos fundamentales: Nitrificación y Desnitrificación Un exceso de abonado nitrogenado (nitrato, amonio, etc.) afecta a dichos procesos incrementando la emisión de N2 O Baggs (2008)
  • 4. ● Reducción de emisiones de N2 O en la agricultura: – Reducir dependencia de los fertilizantes nitrogenados sintéticos – Desarrollo agricultura sostenible, eficaz y competitiva con el menor coste medioambiental. ● Estrategia que cumple ambos criterios: Fijación Biológica de Nitrógeno (FBN) por la simbiosis rizobio- leguminosa – Permite incrementar la fertilidad de los suelos sin perjudicar el medio ambiente,... aunque en algunas condiciones, también puede contribuir a la emisión de N2 O
  • 5. Bradhyrhizobium japonicum-Glycine max L. Sinorhizobium meliloti-Medicago sativa L. Rizobios, bacterias del suelo gram-negativas capaces de fijar nitrógeno tanto en vida libre como por simbiosis con plantas leguminosas mediante la formación de nódulos en las raíces Estos microorganismos poseen la enzima nitrogenasa (FBN) Algunos modelos de estudio: B.japonicum-soja y S.meliloti-alfalfa
  • 6. Sistemas modelo de estudio de la FBN y de la desnitrificación: B.japonicum-soja y S.meliloti-alfalfa ● ● ● La óxido nitroso reductasa (N2 OR) es la única enzima conocida capaz de reducir el N2 O a N2
  • 7. Prácticas agrícolas y factores ambientales que influyen tanto en su actividad como en su regulación pueden ser claves en la reducción de la emisión de N2 O Richardson et al., (2009)
  • 8. ● Objetivo de la investigación: – FBN como estrategia para reducir la emisión de N2 O (B.japonicum-Soja y S.meliloti-Alfalfa) ● Hipótesis: – Estudio combinado de la FBN y desnitrificación. Factores ambientales que influyen para una optimización de ambos procesos ● Tratamientos: – Factores ambientales estudiados: ● Nitrato ● Hipoxia ● Cu y pH
  • 9. ● Materiales y Métodos:  Plantas de soja inoculadas con cepas de B. japonicum  Riego con disolución nutritiva (DN) con 0 y 4 mM de nitrato desde el principio según tratamiento  35 días de crecimiento en cámara de cultivo (condiciones controladas de luz y temperatura)
  • 10.  Tras el crecimiento, las raíces se encerraron en un sistema de cámara cerrada (Fig.) para el análisis de N2 O por CG-ECD en el espacio de cabeza  TRES CONDICIONES DE ANÁLISIS:  Condiciones CONTROL (25% del volumen con DN)  Condiciones HIPOXIA radicular inundando las raíces (a corto plazo o “short-term”) (75% del volumen con DN)  Actividad N2 O reductasa (N2 OR): inyección de N2 O y consumo a lo largo del tiempo
  • 11. Resultados
  • 12. Efecto del nitrato y la hipoxia radicular
  • 13. Efecto del nitrato y la hipoxia radicular 0 mM nitrato 4 mM nitrato 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 PSPA(g) 0 mM nitrato 4 mM nitrato 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40 PSR(g) 0 mM nitrato 4 mM nitrato 0,000 0,020 0,040 0,060 0,080 0,100 0,120 0,140 PSN(g)  El efecto del nitrato no produce un incremento de la biomasa (PSPA y PSR) ni afecta al desarrollo nodular (PSN)  En presencia de 4 mM de nitrato, la FBN parece ser la principal fuente de adquisición de N (Sánchez et al., 2011)
  • 14. Efecto del nitrato y la hipoxia radicular CONTROL (0 mM nitrato) HIPOXIA (0 mM nitrato) CONTROL (4 mM nitrato) HIPOXIA (4 mM nitrato) 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 Tasa de emisión (6-4h) nmolesN2O/PSN(g)/h  El nitrato es fundamental para la emisión de N2 O  La hipoxia radicular a corto plazo induce la emisión de N2 O CONTROL (0 mM nitrato) HIPOXIA (0 mM nitrato) CONTROL (4 mM nitrato) HIPOXIA (4 mM nitrato) 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 Tasa de emisión (6-4h) expresada como nmoles N2O/PSN(g)/h nmolesN2O/PSN(g)/h 0 1 2 3 4 5 6 7 0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 Tiempo de incubación (h) nmolesdeN2O/PSN(g)
  • 15. Estudio del papel de la desnitrificación
  • 16. USDA110 napA nosZ 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 5000 Tasa de emisión (6-4h) CONTROL (4 Mm nitrato) HIPOXIA (4 mM nitrato) nmolesN2O/PSN(g)/h Implicación de la desnitrificación en la emisión de N2 O La mutante napA no emite y la mutante nosZ si confirmando el papel de la desnitrificación USDA110 napA nosZ
  • 17. N2 OR es fundamental para reducir el N2 O USDA110 nosZ 0 1 2 3 4 5 6 7 0 5000 10000 15000 20000 25000 30000 35000 40000 USDA110 nosZ Tiempo de incubación (h) nmolesN2O/PSN(g) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 % de consumo de N2O añadido USDA110 nosZ Cepa %deN2Oconsumido
  • 18. ● Principales conclusiones: – La FBN del sistema simbiótico B.japonicum-soja es una estrategia eficaz para reducir la dependencia de fertilizantes nitrogenados sintéticos (no necesita nitrato para crecer) – El nitrato es la principal causa de emisión de N2 O por los nódulos de B. japonicum – Lo hace mediante el proceso de desnitrificación del bacteroide – Este proceso se desarrolla especialmente en cuando las raíces sufren encharcamiento a corto plazo. – La N2 OR tiene un papel fundamental en la reducción del N2 O a N2