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Mémoire de Maîtrise
DOI
10.11606/D.64.2014.tde-05112014-152017
Document
Auteur
Nom complet
Marcela Arnaldo
Adresse Mail
Unité de l'USP
Domain de Connaissance
Date de Soutenance
Editeur
Piracicaba, 2014
Directeur
Jury
Azevedo, João Lucio de (Président)
Feigl, Brigitte Josefine
Souza, Jackson Antonio Marcondes de
Titre en portugais
Relações entre fluxos de óxido nitroso (N2O) com umidade e genes associados à desnitrificação em floresta e sistemas agrícolas
Mots-clés en portugais
Bactérias desnitrificantes
Ciclo biogeoquímico do nitrogênio
PCR em tempo real
T-RFLP
Resumé en portugais
O óxido nitroso (N2O) é um importante gás de efeito estufa (GEE) e, nos ecossistemas terrestres, é produzido principalmente pelo processo de desnitrificação. Esse ocorre em condições anaeróbias e, portanto, é fortemente estimulado pelo aumento do teor de umidade do solo. Entretanto, solos sob diferentes usos podem exibir taxas de emissão de N2O distintas, mesmo quando apresentam teores de umidade equivalentes. Ainda não está claro se isso se deve somente ao fato de os mesmos diferirem quanto a atributos físicos e químicos capazes de afetar a atividade dos organismos desnitrificantes ou se também se deve à diferenças com relação ao tamanho de suas populações. O presente trabalho foi desenvolvido com o objetivo de compreender as relações entre os fluxos de N2O, a umidade e a abundância de genes bacterianos envolvidos no processo de desnitrificação (nirK, norB e nosZ) em solos de floresta, pastagem e cultivo de cana-de-açúcar, utilizando um experimento de microcosmos. Amostras de solo foram coletadas na fazenda Capuava, situada no município de Piracicaba, SP. Os microcosmos estabelecidos a partir das mesmas foram mantidos com diferentes teores de umidade (original e ajustados para atingir 60% e 90% da capacidade de campo) e incubados a 30 °C por 30 dias. Ao longo do período de incubação, os fluxos de N2O a partir desses solos foram analisados por cromatografia gasosa. Amostras coletadas do interior dos microcosmos, antes e depois da aplicação dos tratamentos, foram comparadas quanto à estrutura de suas comunidades bacterianas, utilizando a técnica de T-RFLP, e quanto à abundância dos genes 16S rRNA, nirK, norB e nosZ, através da técnica de qPCR. Somente os solos que tiveram sua umidade ajustada para 90% da capacidade de campo exibiram incrementos significativos na produção de N2O. Em tais amostras, também foi verificada a alteração da estrutura das comunidades bacterianas e do número de cópias dos genes norB e nosZ. Apenas este último, no entanto, apresentou uma correlação positiva com a umidade do solo. A abundância dos genes avaliados não apresentou correlações significativas com as taxas de emissão do GEE. Por outro lado, as emissões cumulativas de N2O se correlacionaram positivamente com as quantidades de genes desnitrificantes presentes inicialmente nas amostras de solo. Estes genes se mostraram mais abundantes nas amostras de pastagem e floresta, as quais apresentavam maiores teores de matéria orgânica, carbono, nitrogênio, nitrato e argila do que aquelas provenientes da área cultivada com cana-de-açúcar. Tais resultados demonstram que o conteúdo de água do solo afeta a taxa de emissão de N2O, mas que isso não se deve a alterações na abundância das bactérias envolvidas no processo, como as que carregam os genes nirK, norB e nosZ. Aparentemente, no entanto, quantidade de GEE que o solo é capaz de produzir está relacionada ao tamanho das populações desses organismos desnitrificantes.
Titre en anglais
Relations between nitrous oxide (N2O) fluxes with moisture and genes associated with denitrification in forest and agricultural systems
Mots-clés en anglais
Biogeochemical nitrogen cycle
Denitrifying bactéria
Real-time PCR
T-RFLP
Resumé en anglais
Nitrous oxide (N2O) is an important greenhouse gas (GHG) and, in terrestrial ecosystems, it is mainly produced by denitrification. This process occurs under anaerobic conditions and, therefore, is strongly stimulated by the increase of the soil moisture content. However, soils under different uses may exhibit distinct N2O emission rates, even when they have the same moisture content. It is still not clear whether this is due solely to the fact that they differ in relation to physical and chemical properties that affect the activity of denitrifying organisms or whether this is also due to differences in the size of their populations. The aim of this work was to evaluate the relations between N2O fluxes, moisture and abundance of bacterial genes involved in denitrification process (nirK, norB e nosZ) in soil samples from forest, pasture and sugarcane field, through a microcosm experiment. These samples were collected at Fazenda Capuava, located in Piracicaba, SP. Microcosms established from them were maintained with different moisture contents (original and adjusted to achieve 60% and 90% of field capacity) and incubated at 30 °C for 30 days. During the incubation period, the N2O fluxes from soils were analyzed by gas chromatography. Soil samples from microcosms, collected before and after application of the treatments, were compared regarding the structure of their bacterial communities, by using T-RFLP technique, and the abundance of 16S rRNA, nirK, norB and nosZ genes, through qPCR technique. Only samples that had their moisture content adjusted to 90% of field capacity exhibited significant increases in N2O production. In these samples, changes in the structure of bacterial communities and in the copy numbers of norB and nosZ genes were also detected. Only the latter gene, however, showed a positive correlation with soil moisture. The abundance of the quantified genes showed no significant correlations with the gas emission rates. On the other hand, the cumulative N2O emissions were positively correlated with the amounts of denitrifying genes initially present in the samples. These genes were more abundant in pasture and forest soils, which had higher levels of organic matter, carbon, nitrogen, nitrate and clay than those from sugarcane cropping area. These results indicate that soil water content affects the N2O emission rates. However it is not due to changes in the abundance of bacteria involved in the process, such as those that bear the nirK, norB and nosZ genes. Apparently, it is the size of these organisms' populations that determines the amount of GHG that the soil is able to produce.
 
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Date de Publication
2014-12-01
 
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