ABSTRACT

To better understand the mechanism of tolerance to heavy metals, it is relevant to analyze the effects of Cd contamination on the rhizospheric microbiota of plants with high tolerance to environmental stress such as cacti species. In this work, the effects of soil contamination with Cd on bacterial diversity, microbial carbon, abundance of diazotrophs in the soil, and on the photosynthetic efficiency and absorption of Cd of the candy barrel cactus (Echinocactus platyacanthus) were evaluated. Experimental pots sown with E. platyacanthus were contaminated with different concentrations of Cd⁺². Changes in rhizospheric soil community were evaluated after 30 days of contamination. In general, soil contamination with Cd significantly changes the structure of the rizospheric bacterial community which could have serious effects on the functioning of this community, especially in N mobilization. Despite the plant not showing signs of physiological stress reflected in the photosynthetic yield, revealing its high resistance to contamination with Cd, a slight increase in the electron transport rate at low Cd concentration was observed. This increase correlates with an increase in abundance of diazotrophs and microbial C, suggesting an interesting response by the entire system to the presence of low Cd concentration in the soil. In this work, we have demonstrated that the factors analyzed here can be indicators of the quality and health of the soil, being a complement to explaining the behavior of metals in the soil matrix, and thus be able to understand the mechanism of tolerance to Cd contamination in soil.

RESUMEN

Para comprender mejor el mecanismo de tolerancia a los metales pesados, es relevante analizar los efectos de la contaminación por Cd en la microbiota rizosférica de plantas con alta tolerancia al estrés ambiental como las especies de cactus. En este trabajo se evaluaron los efectos de la contaminación del suelo con Cd sobre la diversidad bacteriana, el carbono microbiano, la abundancia de diazótrofos en el suelo y sobre la eficiencia fotosintética y absorción de Cd de la biznaga dulce (Echinocactus platyacanthus). Las macetas experimentales sembradas con E. platyacanthus se contaminaron con diferentes concentraciones de Cd⁺² Se evaluaron los cambios en la comunidad del suelo rizosférico después de 30 días de contaminación. En general, la contaminación del suelo por Cd cambia significativamente la estructura de la comunidad bacteriana rizosférica, lo que podría tener graves efectos en el funcionamiento de esta comunidad, especialmente en la movilización de N. A pesar de que la planta no mostró signos de estrés fisiológico reflejados en el rendimiento fotosintético, revelando su alta resistencia a la contaminación con Cd, se observó un ligero aumento en la tasa de transporte de electrones a baja concentración de Cd. Este aumento se correlaciona con un aumento en la abundancia de diazótrofos y C microbiano, lo que sugiere una respuesta interesante de todo el sistema a la presencia de baja concentración de Cd en el suelo. En este trabajo hemos demostrado que los factores aquí analizados pueden ser indicadores de la calidad y salud del suelo, siendo un complemento para explicar el comportamiento de los metales en la matriz del suelo, y así poder comprender el mecanismo de tolerancia a la contaminación del suelo por Cd.

ABSTRACT

In order to better understand the mechanism of tolerance to zinc contamination, a potentially toxic element, it is relevant to analyze its effects on the rhizospheric microbiota of plants with a high tolerance to environmental stress such as cacti species. In this work, the risk for soil contamination with zinc, its effect on bacterial diversity, microbial carbon, abundance of diazotrophs in the soil, and on the photosynthetic efficiency and absorption of zinc in Echinocactus platyacanthus were determined. The soil was characterized physicochemically and placed in experimental pots with E. platyacanthus which were then contaminated with different concentrations of Zn⁺². Changes in the rhizospheric bacterial community was analyzed before and after 30 days of contamination with zinc. In this study we found that even when zinc is considered a low toxic metal, their presence in soil selects bacterial groups in the rizosphere involved in stress resistance by heavy metals. Also, at high concentrations it can have negative effects on the rhizospheric community of E. platyacanthus, which could generate serious disturbances in the ecosystem reflected in the loss of bacterial groups that participate in essential functions within the biogeochemical cycles, mainly N cycle. That said, the plant E. platyacanthus was not affected negatively, managing to accumulate a large concentration of metal in its stem and root and can therefore be considered as a plant with phytoaccumulation potential.

RESUMEN

Para comprender mejor el mecanismo de tolerancia a la contaminación por zinc (elemento potencialmente tóxico), es relevante analizar sus efectos sobre la microbiota rizosférica de plantas con alta tolerancia al estrés ambiental como las especies de cactus. En este trabajo se determinó el riesgo de contaminación del suelo con zinc, su efecto sobre la diversidad bacteriana, el carbono microbiano, la abundancia de diazótrofos en el suelo, y sobre la eficiencia fotosintética y absorción de zinc en E. platyacanthus que fueron contaminados con diferentes concentraciones de Zn⁺². Se analizaron los cambios en la comunidad bacteriana rizosférica antes y después de 30 días de contaminación con zinc. En este estudio encontramos que incluso cuando el zinc se considera un metal de baja toxicidad, su presencia en el suelo selecciona grupos bacterianos en la rizosfera involucrados en la resistencia al estrés por metales pesados. Además, en altas concentraciones puede tener efectos negativos en la comunidad rizosférica de E. platyacanthus, lo que podría generar serias perturbaciones en el ecosistema reflejadas en la pérdida de grupos bacterianos que participan en funciones esenciales dentro de los ciclos biogeoquímicos, principalmente el ciclo del Nitrógeno. E. platyacanthus no se vio afectada negativamente, logrando acumular una gran concentración de metal en su tallo y raíz y por lo cual puede considerarse como una planta con potencial de fitoacumulación.