Cambios en las comunidades bacterianas de la rizosfera durante la fito-remediación con plantas nativas que acumulan metales pesados alrededor de la mina Xikuangshan en el sur de China.
Las actividades mineras y de fundición son las principales fuentes de contaminación por antimonio (Sb), el cual es un metaloide ampliamente usado para las actividades antropogénicas. La exposición humana a Sb daña los pulmones, el hígado y el sistema cardiovascular. China es el principal productor de Sb con el 80% de la producción a nivel mundial. El suelo alrededor de la mina de Xikuangshan (XKS) una de las minas de Sb más grandes en todo el mundo, esta contaminado con grandes concentraciones de Sb, arsénico, mercurio, cadmio, cromo, plomo y zinc. Debido a la contaminación tan alta que se ha observado en estos suelos, la fito-estabilización se ve como un proceso prometedor para eliminar los metales pesados porque varias plantas nativas tienen la capacidad de acumular metales pesados. Por otra parte, los microorganismos juegan un papel muy importante en la interacción planta-suelo y podrían afectar los procesos de fito-estabilización de suelos contaminados con metales pesados. En la actualidad, existen muy pocos estudios de las comunidades microbianas de la rizosfera de las plantas nativas de esta área que se han usado para procesos de fito-estabilización de XKS. Por lo que en este estudio se decidió investigar los cambios en las comunidades bacterianas que habitan la rizosfera de las plantas nativas que crecen en los sitios contaminados y determinar cómo las diferentes plantas tienen un efecto en la diversidad de las comunidades de las rizosferas. Para ello utilizaron dos plantas nativas arbóreas: Broussonetia papyrifera y Ligustrum lucidum las cuales habitan en dos sitios que se encuentran rodeando la mina: Changlongjie (CBR) y Lianmeng (LBR).
Como primer punto analizaron las propiedades fisico-químicas de los suelos como son la concentración de metales pesados y el pH. Para ambas especies de árboles, los suelos de la rizosfera generalmente presentaban una mayor humedad en comparación con los suelos en donde no había vegetación. Hubo una clara diferencia en el pH entre los dos sitios; en CBR el pH estuvo en menos de 5 y en LBR el pH fue casi neutro cercano a 7. En ambos sitios las concentraciones de Sb y Cr en las rizosferas fueron más bajas que en los suelos sin vegetación. Usando secuenciación masiva obtuvieron datos del 16s rRNA de las bacterias que habitan en las rizosferas de ambas plantas en las dos localidades, y de los sitios sin vegetación. Identificaron un total de 3285 OTUs de bacterias agrupados en 37 fila. Tanto la riqueza como la diversidad de las comunidades varió entre sitios. Siendo los sitios con los árboles los que presentan una mayor diversidad. Los taxones más abundantes en ambos sitios fueron: Acidobacteria, Proteobacteria, Chloroflexi, Actinobacteria y Gemmatimonadetes. Así, se detectaron más Proteobacteria, Chloroflexi, Actinobacteria y Nitrospirae en muestras de LBR. Las acidobacterias fueron más abundantes en los suelos de CBR, lo que podría estar relacionado con la acidez detectada en este tipo de suelos. Así mismo, observaron que la estructura de la comunidad se clasificó en dos grandes grupos, los cuales coincidieron con el origen de las muestras. Fue claro que las comunidades estaban claramente separadas por las diferencias en el pH de los suelos (Figura 1).
El análisis de componentes principales se usó para visualizar las diferencias en la estructura de la comunidad entre las rizosferas y las muestras de suelo sin vegetación. Encontraron que en el sitio Lianmeg, las muestras de rizosferas de L. lucidum se enriquecieron significativamente con las siguientes clases de bacterias: α-proteobacterias, Thermoleophilia, Acidimicrobiia, Sphingobacteria. Las rizosferas de ambas plantas se enriquecieron significativamente en α-proteobacteria, Sphingobacteria, OPB35 y β-proteobacteria. Mientras que en el sitio Changlongjie, las muestras de rizosfera se enriquecieron significativamente en β-proteobacteria y Sphingobacteria. En resumen, las plantas de los suelos de Changlongjie se enriquecieron significativamente en β-proteobacterias (Figura 2). También encontraron que los cambios en la abundancia relativa se vieron afectados por el pH, seguido de las concentraciones de Cr, Sb, As, Zn y por la humedad. La abundancia de bacterias en las muestras de rizosfera se correlacionó positivamente con la humedad. La abundancia de las muestras se relacionó positivamente con el pH y el contenido de humedad, y la abundancia de las muestras de Changlogjie se relacionó positivamente con Cr, Sb y As. Por lo que el hábitat tiene un efecto significativo sobre la abundancia bacteriana. El pH tiene un efecto positivo sobre algunas clases de bacterias. Interesantemente, la concentración de Sb tuvo un efecto negativo en la abundancia de las Actinobacterias.
En este estudio se muestra cómo la práctica de los procesos de fito-estabilización tienen un efecto sobre las comunidades bacterianas de la rizosfera. Se investigó la composición y diversidad de las comunidades bacterianas de dos plantas en dos sitios diferentes. Se observó una diferencia en la composición de la comunidad entre los dos sitios, y en suelos sin vegetación y rizosferas. Lo que sugiere que la composición de la comunidad está relacionada con la especie de plantas, y esto confirma el modelo de selección por parte del hospedero. También encuentran que la diversidad es mayor en las rizosferas que en los suelos sin vegatación. En resumen, este estudio sugiere que el pH juega un papel muy importante porque afecta la disponibilidad de muchos nutrientes, elementos tóxicos y mejora el crecimiento de los microorganismos de la rizosfera. Así la planta B. papyrifera puede crear mejores condiciones de supervivencia para las bacterias, además de la restauración de los suelos contaminados con metales pesados. Se propone que las proteobacterias son los organismos más tolerantes a los metales pesados, ya que algunos tienen la capacidad para reducir la toxicidad de éstos por lo que podrían ser utilizadas en procesos de fito-estabilización. Finalmente, encuentran que los efectos del Cr en las comunidades bacterianas en XKS fueron mucho mayores a los efectos de Sb y As, y esto no se ha informado en estudios anteriores.
Referencia
Guo, D., Fan, Z., Lu, S., Ma, Y., Nie, X., Tong, F., & Peng, X. (2019). Changes in rhizosphere bacterial communities during remediation of heavy metal-accumulating plants around the Xikuangshan mine in southern China. Scientific reports, 9(1), 1947.
