10.31047/1668.298x.v39.n2.34491

Articulos

Identificación de cianobacterias en suelos de la región noreste de la provincia de Córdoba, Argentina

Identification of cyanobacteria in soils of the northeast region of the province of Córdoba, Argentina.

C. Díaz 1 *

M. C. Fernández Belmonte 1

C. I. Vettorello 1

H. P. Apezteguía 1

¹ C. C. Díaz (ORCID: 0000-0001-8264-9257), C. I. Vettorello (ORCID: 0000-0001-5936-4325) y H. P Apezteguía (ORCID: 0000-0003-32573180): Universidad Nacional de Córdoba, Facultad de Ciencias Agropecuarias. Córdoba, Argentina. M. C. Fernández Belmonte (ORCID: 0000-0001-9318-2293): Universidad Nacional de San Luis, Facultad de Ingeniería y Ciencias Agrarias, San Luis, Argentina.

* Correspondencia a: caroladiaz@agro.unc.edu.ar

Fecha de recepción: 18/08/2021

fecha de aceptación: 28/07/2022

RESUMEN

La expansión de la frontera agrícola ocasiona pérdidas de biodiversidad y de recursos genéticos nativos, afectando la sustentabilidad del ecosistema. Se considera que la presencia y la diversidad de cianobacterias son bioindicadores sensibles al cambio en el uso de los suelos. El objetivo de este trabajo fue caracterizar las comunidades de cianobacterias presentes en suelos del noreste de la provincia de Córdoba, comparando suelos con pasturas implantadas y en condiciones prístinas. Se tomaron muestras de suelo en tres localidades, en ambientes con distintos niveles de salinidad: leve, moderado y salino. Las muestras se cultivaron en medio Watanabe, en condiciones controladas para favorecer el crecimiento de las cianobacterias. Se lograron identificar las especies de cianobacterias presentes en cada sitio, observando una dominancia de fijadoras de nitrógeno heterocistadas en los suelos con mayor salinidad. A su vez, en los tres montes de cada sitio se observó mayor riqueza de especies. Las más sensibles al cambio en el uso del suelo fueron Oscillatoria limosa y Phormidium constricta. Las cianobacterias constituyen una futura línea de investigación relacionada a la restauración y recuperación productiva de ambientes salinos, dentro de una propuesta que contribuya a favorecer la biodiversidad del suelo.

Palabras clave: suelos salinos, sustentabilidad, recuperación biológica.

SUMMARY

The expansion of the agricultural frontier causes losses of biodiversity and native genetic resources, affecting the sustainability of the ecosystem. The presence and diversity of cyanobacteria are considered to be bioindicators sensitive to land use change. The objective of this work was to characterize the communities of cyanobacteria present in the soils in the northeast of the province of Córdoba, comparing soils with implanted pastures and in pristine conditions. Soil samples were taken in three locations, in environments with different levels of salinity: mild, modérate and saline. The samples were cultured in Watanabe medium, under controlled conditions to promote the growth of cyanobacteria. An Olympus BX 50 optical microscope was used for taxonomic identification. It was possible to identify the species of cyanobacteria present at each site, observing a dominance of heterocyst nitrogen fixators in soils with higher salinity. In turn, in the three native forests present at each site, greater species richness was observed. The most sensitive to the change in land use being OscHlator¡a Hmosa and Phormidium constricta. Cyanobacteria constitute a future line of research related to the restoration and productive recovery of saline environments, under the focus of sustaining biodiversity.

Keywords: saline soils, sustainability, biological recovery.

INTRODUCCION

En el suelo se encuentra la cuarta parte de la biodiversidad total del planeta. Miles de especies habitan estos ecosistemas y componen una red de variabilidad genética de la que depende la producción alimentaria mundial (Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura [FAO], 2016). En efecto, factores de estrés ambiental generan alteraciones en la composición de las comunidades, pudiendo afectar a la estructura y el funcionamiento de todo el ecosistema (Wong, 2000; Campanella et al., 2001; Verdisson et al., 2001). De esta forma, una mayor biodiversidad en el suelo otorgará mayor resistencia y resiliencia favoreciendo el equilibrio y la estabilidad sustentable del ecosistema (Brussaard et al., 2007).

En la región noreste (NE) de la provincia de Córdoba, la frontera agrícola se ha ido expandiendo, incorporando tierras con altas limitaciones edáficas y climáticas. Este proceso, iniciado en el siglo XIX y que continúa en la actualidad, ocasiona pérdidas de biodiversidad y de recursos genéticos nativos (Brown et al., 2006; Clausen et al., 2008). En este sentido, se comprende que es esencial su estudio para mantener la sustentabilidad de estos ambientes frágiles.

El nivel de degradación del suelo puede ser medido a través de índices y de propiedades indicadoras sensibles a los cambios funcionales en los primeros 20 cm de suelo mineral (Gili et al., 2004). Actualmente, existe un interés especial por identificar los mejores indicadores de calidad y salud del suelo. Se ha evidenciado que los indicadores biológicos son muy sensibles al estrés ambiental y al deterioro que este ocasiona (Trasar-Cepeda et al., 1998). Otros indicadores utilizados, tales como niveles de materia orgánica, varían lentamente y puede requerir varios años identificar variaciones a causa de la acción del hombre sobre el uso del suelo.

Entre los indicadores biológicos encontramos a las cianobacterias. Estas son microorganismos procariotas, caracterizadas por conjugar el proceso de la fotosíntesis oxigénica con una estructura celular típicamente bacteriana (Corrales Morales et al., 2017). Se pueden encontrar en variadas morfologías: unicelulares, filamentosas o colonias. La mayoría de las cianobacterias fijan nitrógeno atmosférico en células vegetativas en anaerobiosis; y un grupo más restringido, las cianobacterias heterocistadas, realizan esta función en unas células especializadas (heterocistos), que les permiten fijar nitrógeno aún en condiciones de aerobiosis (Callejas, 2007).

Las cianobacterias presentan la particularidad de adaptarse a diversos ambientes: terrestres, de agua dulce o marina. Algunas presentan una resistencia especial para adaptarse a condiciones extremas, tales como salinidad, temperaturas elevadas o muy bajas (Corrales Morales et al., 2017). Tienen la capacidad de formar estructuras especiales, como los acinetos, que son células que se vuelven más grandes y con paredes más gruesas, producidos por algunas cianobacterias heterocistadas ante condiciones de estrés como estructura de resistencia (Llimona et al., 1985). Otra estructura especial son los hormogonios, los cuales constituyen filamentos cortos móviles de células formadas durante la reproducción asexual de algunas especies de cianobacterias.

Además, estos microorganismos favorecen la cementación de las partículas del suelo y la retención de agua, ya que presentan una vaina mucilaginosa que rodea los filamentos algales, contribuyendo a la formación de agregados (Manrique et al., 2017). De esta forma, adquieren un papel importante en la formación y recuperación de suelos con escasa cobertura vegetal, favoreciendo una mejor estabilización del suelo (Fernández Belmonte et al., 2008).

La presencia de determinados taxones y los cambios en sus poblaciones proporcionan información acerca de las características del ambiente y de las condiciones en que se encuentra (Mariona Hernández, 1999).

Hasta el momento, en el NE de la provincia de Córdoba no existen antecedentes específicos sobre estudios de diversidad de cianobacterias edáficas en ambientes salinos. En función de lo planteado, se considera que la presencia y diversidad de cianobacterias en suelos halomórficos son bioindicadores sensibles al cambio en el uso de estos suelos. El objetivo de este trabajo fue caracterizar las comunidades de cianobacterias presentes en suelos de la región NE de la provincia de Córdoba con distintos niveles de salinidad y con diferentes coberturas, comparando suelos con pasturas implantadas y en condiciones prístinas.

MATERIALES Y MÉTODOS

La zona de estudio está comprendida dentro del departamento de Río Primero, sobre el ambiente geomorfológico Pampa loéssica plana, al NE de la provincia de Córdoba y cercano a las márgenes suroeste de la laguna Mar Chiquita (Figura 1). En este ambiente, el relieve es muy suave, con gradientes regionales hacia el Este que no superan el 0,3 %, donde los materiales originarios predominantes están constituidos por potentes depósitos eólicos de textura franco limosa (Zamora, 2012).

Figura 1. Área de estudio

Sitios de muestreo. LS: levemente salino; MS: moderadamente salino; S: salino.

Tabla 1. Coordenadas y localidades cercanas a los sitios de muestreo

La región posee un clima semiárido con un rango de precipitación media anual que oscila entre los 600-900 mm, prevaleciendo el déficit hídrico. Las precipitaciones se concentran en el período primavero-estival y los inviernos son secos y fríos, configurando un régimen de lluvia de tipo monzónico. Los vientos en la zona son significativos, ya que suelen alcanzar gran intensidad, acelerando la evaporación del agua de la laguna y de los suelos (Jarsún et al., 2006).

Se tomaron muestras en tres localidades, donde cada una se corresponde con una determinada salinidad del suelo:    levemente salino (LS), moderadamente salino (MS) y salino (S) (Tabla 1). Los suelos muestreados corresponden a Haplustol típico, Argiustol típico y Natrustol (Soil Survey Staff, 2014). El más extremo en cuanto a salinidad es S (1 a 30 dS.m^-1 según profundidad), con presencia de alto contenido de sodio (>15 PSI) en algunos casos; mientras que MS presenta niveles moderados de salinidad (2 a 4 dS.m^-1) y LS niveles leves (0 a 2 dS.m^-1). En cada localidad, se identificó el monte nativo (G0) y tres grados de cobertura vegetal: pastura implantada con crecimiento normal (G1), manchón con pastura implantada de menor crecimiento (G2) y manchón de suelo desnudo o con mínima presencia de vegetación (G3). Se identificaron 12 sitios que fueron analizados y caracterizados con distintos parámetros químicos y físicos (Tabla 2) (Díaz y Apezteguía, 2018).

Se extrajeron muestras de suelo compuestas de 10 submuestras, con pala manual a una profundidad de 5 cm, realizando tres repeticiones por sitio de muestreo. Las muestras obtenidas de aproximadamente 1 kilo fueron colocadas en bolsas plásticas correctamente etiquetadas. Se realizó un cultivo con cada muestra para favorecer el crecimiento de las cianobacterias, poder aislarlas y observarlas por microscopio para su identificación. El cultivo se realizó en cajas de Petri, colocando 10 g de suelo seco sin tamizar con 20 ml de medio de cultivo Watanabe (Watanabe y Watanabe, 1959). Luego las cajas de Petri fueron colocadas cerradas en cámara de cultivo en condiciones controladas de temperaturas, entre 20 y 35 °C y fotoperíodo de 12 h de luz y 12 h de oscuridad. Se realizó la identificación taxonómica de las cianobacterias durante el período de crecimiento de los cultivos, el cual tuvo una duración de 120 días; tiempo en el cual se logró un crecimiento homogéneo de cianobacterias en cada muestra. Se utilizó un microscopio óptico Olympus BX 50 con tubo de dibujo y cámara fotográfica, siguiendo el procedimiento sugerido por los autores Desikachary (1959), Komárek et al. (2013), Komárek et al. (2014), y Hauer y Komárek (2022).

De cada especie identificada se tomaron medidas de los siguientes parámetros: longitud total del filamento, ancho y longitud de las células vegetativas, dimensiones y morfología de las células terminales, presencia o ausencia de vaina, heterocistos, u otras estructuras especiales.

Tabla 2. Principales parámetros físicos y químicos de los suelos en los sitios estudiados

Figura 2. Niveles de ocupación del campo visual del microscopio

Se cuantificó la presencia de cada especie mediante la adaptación de una metodología específica para el análisis de preparados de cianobacterias con microscopio óptico (Sueldo, 2017). Esta metodología se basa en el recuento del porcentaje de ocupación de cianobacterias en el campo visual del microscopio, por lo cual se establecieron cuatro niveles, como se muestra en el siguiente esquema (Figura 2).

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Se identificaron dos especies del género Phormidium, una especie del género Leptolyngbya, dos especies del género Oscilatoria y una especie del género Nostoc. Estos cuatro géneros coinciden con los encontrados por Schinquel et al. (2018) en un relicto de monte ubicado en el departamento Colón de la provincia de Córdoba. Por otra parte, los taxones Nostoc commune y Leptolyngbya tenuis (ex Phormidium tenuis) fueron identificados también por Fernández Belmonte y Polizzoto (2006) y Manrique et al. (2017) en suelos de la provincia de San Luis. Dentro de las estructuras especiales, se identificaron hormogonios asociados a los géneros Oscilatoria y Phormidium, y acinetos en las muestras del ambiente S, asociados al género Nostoc c. con heterocistos.

En LS y MS (G1, G2 y G3), se encontró dominancia de los géneros Oscilatoria y Phormidium, los cuales no poseen heterocistos; por lo que son no fijadoras en condiciones aeróbicas. La especie Nostoc c. fijadora de nitrógeno en condiciones de aerobiosis se encontró en el monte del sitio MS.

Por su parte, en S (G0, G1 y G3) y en el monte de MS, se encontraron ejemplares del género Nostoc, con presencia de heterocistos y acinetos, fijadoras de nitrógeno en condiciones de aerobiosis (Tabla 3).

Se observan los filamentos de tres especies identificadas y estructuras especiales en fotomicrografías relevantes tomadas durante la identificación de especies, donde se detallan las medidas morfométricas de cada una (Figura 3).

Para hacer una descripción global de los sitios de muestreo en función de las especies de cianobacterias identificadas, se realizó un Análisis de Componentes Principales utilizando el software InfoStat versión 2020 (Di Rienzo et al, 2020). Este análisis reemplaza las variables originales por su combinación lineal y las denomina Componentes Principales (CP), lo cual permite identificar cuáles contribuyen en mayor medida a explicar la variabilidad observada (Abdi y Williams, 2010). En el gráfico obtenido, se observan los distintos vectores que representan a cada especie identificada, la distancia al origen y su dirección (ángulo con respecto al eje) son indicativos de su contribución al ordenamiento. Los vectores correspondientes a Phormidium f. y Nostoc c. sin heterocistos son los que participan con mayor peso en la construcción de la CP1, la cual explica un porcentaje de variación de 32,6 %. Por otro lado, el vector correspondiente a Oscilatoria a. es el que tiene mayor peso sobre la CP2; que, en conjunto con la CP1, explican un total de 54 °% de la variación total. Finalmente, Nostoc c. s/h posee la menor contribución a la variabilidad, lo que se puede apreciar por la estrecha extensión de su vector (Figura 4).

El análisis del ordenamiento de los vectores en el gráfico nos permite identificar relaciones de correlación entre las variables. La presencia de las especies Phormidium f. y Nostoc c. c/h están correlacionadas positivamente entre sí y agrupan a tres sitios de muestreo: LS:G2, S:G1 y S:G3; mientras que se correlacionan negativamente con Nostoc c. s/h y Leptolyngbya t., respectivamente. También, existe correlación inversa entre Phormidium c. y Oscilatoria l. sfiio, observando dominancia de una especie heteuoci stada fijadora de nitrógeno en los suelos con mayor concentración de sales solubles. A su vez, en los tres montes muestreados se observó mayoa riqueza de especies de cianobacterias en comparación con lotes con pasturas, siendo las especie s más sensibles al cambio en el uso del suelo Oscillatoria l. y Phormidium c.

Tabla 3. Presencia de cada especie en los distintos sitios

Grados de cobertura del suelo. GO: monte; G1: pastura implantada con crecimiento normal; G2: manchón con pastura implantada de menor crecimiento; G3: suelo desnudo o con mínima presencia de vegetación. Porcentajes de ocupación del campo visual del microscopio: 1 = 5-25%; 2 = 25-50%; 3 = 50-75%; y 4 = 75-100%.*s/h, c/h; sin/con heterocisto.

Figura 3. Especies identificadas y estructuras especiales

Figura 4. Análisis de componentes principales Sitios. LS: levemente salino; MS: moderadamente salino; S: salino. Grados de cobertura del suelo. GO: monte; G1: pastura implantada con crecimiento normal; G2: manchón con pastura implantada de menor crecimiento; G3: suelo desnudo o con mínima presencia de vegetación.

CONCLUSIONES

Escala 10 pm. (a) Oscillatoria limosa: dimensiones: células: largo 3-4 pm, ancho 10-14 pm. (b) Nostoc commune, sin heterocistos: dimensiones: células: largo 1 pm, ancho 2 pm. (c) Leptolyngbya tenuis: dimensiones: células: largo 2,3 pm, ancho 1,8 pm. (d) Oscillatoria: tricomas y hormogonios de puntas redondeadas, dimensiones: células: largo 11-12 pm, ancho 9 pm.

La identificación de la dominancia de cianobacterias heterocistadas en suelos salinos adquiere importancia debido a que estas tienen la capacidad de adaptarse a factores de estrés. Por lo que, además de ayudar en la estructura del suelo, permiten la fijación de nitrógeno atmosférico en condiciones de aerobiosis. Estas características reflejan su potencial biotecnológico y proyecta una futura línea de investigación relacionada a la restauración y recuperación productiva de ambientes salinos, dentro de un enfoque de promoción de la biodiversidad.

AGRADECIMIENTOS

Los autores agradecen el financiamiento de la Secretaría de Ciencia y Tecnología de la Universidad Nacional de Córdoba. También al Laboratorio de Ficología de la Facultad de Ingeniería y Ciencias Agrarias de la Universidad Nacional de San Luis, por su asesoramiento permanente; y al personal del Laboratorio de Fitopatología de la Facultad de Ciencias Agropecuarias de la Universidad Nacional de Córdoba, por su ayuda en la esterilización y conservación del medio de cultivo.

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