Degradación microbiana del herbicida glifosato en suelos agrícolas de la Región Pampeana Argentina

Abstract

Esta tesis evaluó la disipación del glifosato (GP) en condiciones de campo con el objetivo de comprender cómo interactúan las propiedades físico-químicas edáficas y la estructura de la comunidad bacteriana sobre la biodegradación del GP y relacionar la presencia de genes asociados a este proceso en el suelo. Un suelo sin historial (P0) y dos agrícolas con 5 (A5) y más de 10 años (A10) de uso del herbicida fueron fumigados con GP a una dosis de 3 mg kg−1. Se determinaron las concentraciones de GP y su principal metabolito: AMPA, y la dinámica de las comunidades bacterianas mediante secuenciación del gen ARN ribosomal 16S. Se analizó la abundancia del gen thiO en especies de Bradyrhizobium mediante el diseño de cebadores específicos. La historia previa de uso del GP afectó la tasa de disipación pero no su grado de degradación. El GP se degradó rápidamente, pero en P0 la tasa de disipación fue significativamente menor que en los suelos agrícolas. A pesar de las diferencias entre los sitios y entre las historias de manejo, las poblaciones bacterianas no mostraron cambios que pudieran ser asociados con la aplicación del herbicida. Las diferencias en la composición bacteriana de los tres sitios correlacionaron significativamente con el contenido de materia orgánica, capacidad de intercambio catiónico, pH y contenido de arcilla. La aplicación de GP provocó una disrupción parcial de la red de asociaciones bacterianas observadas en el suelo no expuesto, que fue más evidente en P0. Los altos valores de los coeficientes Kd y Kf, calculados empíricamente, fueron correlacionados con las concentraciones ambientales de GP y AMPA, no solo en estos suelos, sino también en otros 16 de la Región Pampeana, lo que sugiere que la biodisponibilidad fue un factor clave para la persistencia de ambas moléculas. Se determinó la presencia del gen thiO en respuesta al herbicida y la existencia, en P0, de genotipos potencialmente degradadores del GP, que fueron identificados preliminarmente dentro de los supergrupos de B. jicamae o B. elkanni.

This thesis evaluated the glyphosate (GP) dissipation under field conditions in order to determine the relevance of the edaphic physicochemical properties and soil bacterial communities in the environmental GP degradation. To reach this goal, a soil with no record of GP application (P0) and two others with 5 (A5) and more than 10 years (A10) of herbicide use were fumigated with GP, at doses of 3 mg kg– 1. The GP and AMPA concentrations were determined over the time and the dynamics of soil bacterial communities were evaluated using 16S RNA ribosomal gene amplicon-sequencing. Besides, the abundance of genes related to GP degradation was quantified through the design of specific primers. The GP exposure affected the rate but not the extent of glyphosate biodegradation in the soil. Glyphosate was degraded rapidly, but P0 soil showed a significantly lower dissipation rate than A5 and A10 soils. In general, and despite both the differences between sites and the type of land use, the shifts in bacterial community structure could not be associated with the herbicide dissipation. The differences in the bacterial community structure were significantly correlated with the soil organic matter content, cation exchange capacity, pH and clay content. A partial disruption of the bacterial association network was observed after GP exposure, being more notorious at P0. The high values of the coefficients Kd and Kf, calculated empirically, were correlated with environmental concentrations of GP and AMPA, not only in the soils under study but also in others 16 of the Pampas Region, suggesting that bioavailability was a key factor for the persistence of GP and AMPA. Studies of abundance of the thiO gene revealed it changes in response to the herbicide and the occurrence, in P0, of Bradyrhizobium genotypes that could be related to the GP degradation. These genotypes were preliminary identified within the B. jicamae or B. elkanni supergroups.