Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)

Dit onderzoek handelt over de toxische effecten van de spoormetalen zink (Zn) en koper (Cu) op de functie en de structuur van microbiële gemeenschappen in de bodem. Het onderwerp is het proces van herstel van de microbiële functie na een initieel toxische situatie, dit is de adaptatie van de microbiële gemeenschap aan de verontreiniging. Adaptatie kan veroorzaakt worden door phenotypische of genotypische veranderingen of veranderingen in de gemeenschapsstructuur. In het bijzonder wordt de adaptatie van de bodemnitrificatie en -denitrificatie bestudeerd na zinkvervuiling van de bodem. De aanleiding van dit onderzoek was de waarneming dat adaptatie langer duurt in het geval van de nitrificatie (> 1 jaar) dan voor de denitrificatie (< 3 maanden) na zinkvervuiling. Vermoedelijk is de adaptatie van denitrificatie sneller door de hogere groeisnelheid en microbiële diversiteit van de denitrificerende gemeenschap vergeleken met die van de nitrificerende gemeenschap. Bij een hogere groeisnelheid kunnen tolerante populaties sneller dominant worden of kunnen genotypische veranderingen sneller optreden. Een grotere diversiteit verhoogt de kans op de aanwezigheid van tolerante soorten. Er werden experimenten opgezet om te testen of de adaptatie wordt versneld met (i) toenemende groeisnelheid of (ii) toenemende microbiële diversiteit.De eerste hypothese werd getest door de adaptatie aan Zn te meten onder verschillende condities van microbiële activiteit. De hypothese was dat toenemende activiteit de groeisnelheid bevordert. Bodems werden vervuild met Zn (0-4000 mg Zn kg-1) in een factoriële proefopzet met substraatdosissen die de activiteit stimuleren. Voor nitrificatie werd gebruik gemaakt van NH4+-N, voor denitrificatie van gemalen hooi. De bodems werden in open lucht geïncubeerd in potten. De Zn-concentraties in het poriewater van de bodem waarbij de nitrificatie was gehalveerd stegen met meer dan een factor 10 met stijgende NH4+-N-dosis vergeleken met de controles die geen NH4+-N kregen toegediend. Dit toont aan dat stijgende activiteit de adaptatie aan Zn versnelt. Tezelfdertijd veranderde de microbiële gemeenschapsstructuur waardoor een Zn-tolerante gemeenschap ontstond. Deze toegenomen Zn-tolerantie werd toegeschreven aan de AOB-gemeenschap, aangezien de AOB/AOA-ratio steeg van 0.4 in de controlegemeenschap tot 1.4 in de meest tolerante gemeenschap (AOB: ammonium oxiderende bacteriën; AOA: ammonium oxiderende archaea). Bovendien veranderde het AOB amoA DGGE-profiel tijdens Zn-adaptatie, terwijl het AOA amoA DGGE-profiel onveranderd bleef. In de series waaraan hooi was toegediend, herstelde de denitrificatie binnen de 6 maanden tot minstens 80% van de denitrificatie in de controlebehandeling (geen Zn). Grote inhibitie was nog steeds waarneembaar in de serie waaraan geen hooi werd toegevoegd. Deze snellere adaptatie in de series met hooi werd gedeeltelijk, maar niet volledig, toegeschreven aan effecten op de Zn-biobeschikbaarheid als gevolg van de behandelingen. Het herstel ging samen met het herstel van de nosZ genaantallen (van 10.000.000 kopijen g-1 bodem in de behandelingen met een afgenomen activiteit tot 500.000.000 kopijen g-1 bodem in de andere behandelingen). In tegenstelling tot de nitrificerende gemeenschap werden er voor de denitrificerende gemeenschapsstructuur slechts kleine veranderingen waargenomen als gevolg van Zn-vervuiling die echter wel van belang zouden kunnen zijn in adaptatie. Deze experimenten bevestigden de tragere adaptatie van de nitrificerende gemeenschap aan Zn vergeleken met de denitrificerende gemeenschap. Bovendien was de adaptatie versneld bij hogere microbiële activiteit en verbonden met veranderingen in de gemeenschapsstructuur of -grootte. De tweede hypothese over de rol van microbiële in adaptatie werd enkel getest voor de nitrificatie. De diversiteit werd gevarieerd op 2 manieren. Ten eerste werden 8 bodems met een verschillende diversiteit geselecteerd. Ten tweede werd de AOB-diversiteit experimenteel gevarieerd door steriele bodem te inoculeren met bodems en bodemmengsels (5 wt%). Zo werden 13 behandelingen verkregen met gelijke abiotische bodemeigenschappen, maar een variërende AOB-diversiteit. De diversiteit werd gekwantificeerd met behulp van verschillende diversiteitsindices gebaseerd op de DGGE-profielen. Adaptatie was niet statistisch gecorreleerd met de gekozen diversitietsindices. Indien de diversiteit werd gevarieerd volgens de eerste manier was het moeilijk om de resultaten te interpreteren omwille van abiotische factoren die ook een rol speelden. De verschillen in Zn-adaptatie tussen de 13 behandelingen van experiment 2 waren gerelateerd aan de initiële nitrificatieactiviteit van de geïnoculeerdebehandelingen. De microbiële activiteit is dus de voornaamste factor die adaptatie beïnvloedt.De hierboven beschreven experimenten toonden aan dat de nitrificerende gemeenschapsstructuur duidelijk verandert bij de ontwikkeling van Zn-tolerantie. In het laatste hoofdstuk werd de vraag gesteld of de Zn-tolerante gemeenschappen een gelijkaardige structuur verkrijgen onafhankelijk van de originele structuur. Eerder werd metaalcotolerantie (bv. Zn en Cu) aangetoond in metaalverontreinigde bodems. De vraag is of deze co-tolerantie geassocieerd is met de ontwikkeling van gelijkaardige populaties tussenverschillende bodems vervuild met Zn of Cu. De gemeenschapsstructuur werd bepaald met behulp van DGGE en populaties werden geïdentificeerd met behulp van sequenering. Acht bodemseries, elk met een Zn- of Cu-vervuilingsgradient, werden geselecteerd, waaronder 4 series met vergelijkbare Zn- of Cu-vervuilingen. Zink- of Cu-vervuiling verhoogde de metaaltolerantie in vervuilde bodems van elke serie. Cotolerantie voor Zn in Cu-vervuilde bodems werd aangetoond in 2 bodems en cotolerantie voor Cu werd enkel aangetoond in 1 artificieel met Zn vervuilde bodem. Cotolerantie bleek niet altijd geassocieerd met de ontwikkeling van identieke dominante fylotypes in of tussen de bodems. Detolerante gemeenschappen van verschillende bodems die gelijkaardig vervuild waren met Zn of Cu convergeerden niet naar een gemeenschappelijke structuur. Veranderingen van de gemeenschapsstructuur als gevolg van spoormetaalvervuiling werden bepaald door de initiële gemeenschapssamenstelling en -structuur en tijdens blootstelling vorm gegeven door het type metaal en de dosis. We besloten dat metaaltolerantie cotolerantie voor andere metalen kan induceren, maar dit bleek niet noodzakelijk geassocieerd met de selectie van identieke fylotypes.Samengevat toont deze studie aan dat verschillen in de microbiële activiteit de adaptatie aan Zn verklaarden tussen verschillende bodems, bodembehandelingen en microbiële groepen. De invloed van de microbiële diversiteit blijft onduidelijk, mogelijk omdat de microbiële bodemgemeenschap intrinsiek al een relatief grote diversiteit heeft vergeleken met andere ecosystemen. De tolerante microbiële bodemgemeenschap van verschillende bodems convergeert niet naar een gelijke structuur en is afhankelijk van de originele structuur en samenstelling of het type en de dosis van het metaal (Znof Cu).

Academic collection --- Theses

Choose an application

• Reference Manager
• EndNote
• RefWorks (Direct export to RefWorks)