Technological alternative to enhance biological nitrogen fixation in the rhizosphere of non-leguminous plants (2021)
Esta tesis explora la fijación biológica de nitrógeno (FBN) realizada por microorganismos del suelo como alternativa a los fertilizantes químicos nitrogenados en plantas no leguminosas. En primer lugar, se destacan los profundos impactos ambientales provocados por la producción y aplicación de fertilizantes nitrrogenados, el último en la agricultura. Se expone la necesidad de alimentar a la humanidad y cómo esto depende de una fertilización adecuada. Luego se propone un enfoque ecológico basado en comunidades microbianas fijadores de nitrógeno para resolver este desafío. En segundo lugar, se revisa el estado del arte para restaurar las funciones microbianas del suelo a través del aislamiento, selección, formulación y aplicación de inoculantes microbianos y consorcios sintéticos. Aquí, se identifican dos deficiencias clave: la dificultad de diseñar biofertilizantes complejos de múltiples especies y el cuello de botella en la ampliación de su producción. Para abordar este desafío se propone fusionar la teoría ecológica con la ingeniería de bioprocesos para producir “comunidades auto ensambladas” enriquecidas, seleccionando gremios particulares y adaptados producir “comunidades auto ensambladas” enriquecidas, seleccionando gremios particulares y adaptados a un suelo objetivo y una planta huésped específica, utilizando el problema del nitrógeno como ancla. En tercer lugar, se presenta la construcción de tres reactores de biopelícula de lecho compacto aireado a escala de laboratorio, inoculados con una comunidad microbiana previamente previamente adaptada, derivada de suelo restaurado naturalmente y alimentada con solución modificada de Hoagland. El nitrógeno solo es proporcionado por aire. Los reactores comunitarios fijan nitrógeno y producen más biomasa que el reactor de cultivo puro del fijador de Nitrógeno Azotobacter vinelandii. Se obtienen y analizan muestras de ADN, resultando 1616 OTUs, que asignan bacterias con un predominio a nivel de filo o familiar que varia entre las muestras, pero similares después que los reactores comunitarios alcanzan el estado estacionario. Finalmente, plantas de tomate son fertilizadas con la solución modificada de Hoagland, con N suministrado solo por biomasa microbiana, a tres concentraciones diferente. Esto permitió que las plantas crecieran significativamente. Además, los análisis de ADN reflejan una comunidad microbiana compleja fijadora de nitrógeno en las rizosferas en cada caso. Los tratamientos N1 y N2 Parecen similares entre sí y con el Inóculo. El suelo original con la diversidad más baja y el N3 con la más alta fueron similares en términos de la ecología funcional. El siguiente paso en futuros estudios será evaluar el nivel de colonización y la interacción entre el microbioma que viene con las semillas y el proporcionado por el tratamiento