Kinetics of Gluconacetobacter diazotrophicus Growth Using Cane Molasses and Sucrose: Assessment of Kinetic Models / Cinética de crecimiento de gluconacetobacter diazotrophicus usando melaza de caña y sacarosa: evaluación de modelos cinéticos

RESUMEN Gluconacetobacter diazotrophicus es una bacteria endófita promotora del crecimiento vegetal utilizada como inoculante microbiano en diferentes cultivos agrícolas. El objetivo del presente trabajo fue aplicar diferentes modelos matemáticos para representar su crecimiento en un cultivo sumergido por lotes empleando un biorreactor de 3 L y usando melazas de caña y sacarosa como fuente de energía. Se obtuvo el perfil temporal de pH, biomasa celular y azúcares totales. Se compararon los modelos estudiados por calidad de ajuste y complejidad y se realizó un análisis de sensibilidad paramétrica. Se consideraron modelos de cuatro y cinco parámetros con expresiones que incluyen efectos de inhibición por sustrato y por biomasa. El modelo con mayor calidad de ajuste fue el de Herbert-Pirt-Contois con coeficientes de determinación para biomasa y sustrato de 0,888 y 0,425 respectivamente. Estos valores indican una mayor correspondencia de los datos experimentales de biomasa con los datos calculados por el modelo, en comparación con los resultados obtenidos para azúcares totales para los que esta correspondencia fue menor. Este modelo generó la mejor combinación de calidad de ajuste y complejidad según el criterio de información de Akaike. El estudio cinético desarrollado permitió observar un comportamiento bifásico en la etapa de crecimiento de la bacteria cuando se cultiva en melaza y un efecto de limitación de su crecimiento por la biomasa. Los resultados obtenidos proporcionan una descripción matemática útil para el diseño, escalamiento y operación de un futuro proceso de producción de un inoculante microbiano a base de la bacteria G. diazotrophicus.

ABSTRACT Gluconacetobacter diazotrophicus is a plant-growth promoting endophytic bacterium used as a microbial inoculant for different crops. The objective of this work was to apply different mathematical models to represent its growth in a batch submerged culture employing a 3-L bioreactor and using sugarcane molasses and sucrose as energy sources. The time profile of pH, cell biomass, and total sugars was obtained. Models studied were compared considering their fit quality and complexity, and a parametric sensitivity analysis was performed. Four- and five-parameter models with expressions involving substrate and biomass inhibition effects were considered. The Herbert-Pirt-Contois model achieved the highest fit quality with determination coefficients of 0.888 and 0.425 for biomass and substrate, respectively. These values indicate a higher correspondence between the experimental data of biomass concentration and the data calculated by the model, compared to results obtained for total sugars for which this correspondence was lower. This model reached the best combination considering the fit quality and complexity according to the Akaike's information criterion. The kinetic study performed enabled to observe a bi-phasic behavior in the growth stage of the bacterium when grown on molasses, and a growth limitation effect due to biomass concentration. The outcomes obtained provide a mathematical description useful for design, scale-up, and operation of a future process for the production of a microbial inoculant based on G. diazotrophicus.

Respuesta de Fragaria mexicana y comunidades microbianas rizosféricas al aumento de temperature / Response of Fragaria Mexicana and rhizophere microbial communitites to temperature increase

Resumen Para los próximos 100 años se pronostica un incremento en la temperatura del planeta de casi 4 °C, lo cual pondrá en riesgo las especies que no logren adaptarse. En esta investigación se determinaron las respuestas morfofisiológicas de F. mexicana y los cambios en la población de bacterias fijadoras de nitrógeno atmosférico (BFN) asociadas a sus raíces, debido a dos condiciones ambientales con diferencias medias de temperatura de 5.1 oC: invernadero (temperatura alta, TA) y campo abierto (temperatura baja, TB); y con cuatro tratamientos: sin inocular (T), inoculadas con la cepa ocho (CP8), cepa cuatro (CP4) y con ambas cepas (CP8 + 4). Las BFN fueron aisladas de la rizosfera de F. mexicana y transformadas genéticamente con reporteros, para cuantificar la población al final del experimento. Se midió el peso seco de la parte aérea y la raíz, la tasa de asimilación de CO2 (A), el inicio de la floración, el número de flores y frutos; y la persistencia de las bacterias fijadoras de N atmosférico (BFN). Además, se evaluó la concentración de NO3, NH4, P y materia orgánica (MO) en el sustrato, al inicio y final del experimento. Las plantas sometidas a alta temperatura presentaron mayor peso seco de la parte aérea y fotosíntesis; con una disminución en el peso seco de la raíz, y en el número de flores y frutos. La MO en el sustrato disminuyó, mientras que la disponibilidad de NO3, NH4 y P aumentó. El incremento de temperatura y la mayor presencia de N en el substrato provocaron reducción en la población de BFN. Estos resultados sugieren que temperaturas altas estimulan el crecimiento de F. mexicana y tienen un impacto negativo sobre su reproducción y en las BFN asociadas a sus raíces.(AU)

Abstract The earth could experience a warming of 4 °C in the next one hundred years. This would put at risk the plants that can´t adapt. Fragaria mexicana is an endemic plant of temperate forest of Mexico. The response of this wild strawberry to temperature increasing has not been studied and could play an important role for event of global warming. This study determinate the morphological and physiological responses of F. mexicana and changes in the N2-fixing bacteria (BFN) population on its roots, due to two environmental conditions with differences of temperature 5.1 °C: greenhouse (high temperature, TA) and open land (low temperature, TB); and with four free-living nitrogen-fixing bacteria (BFN) treatments: non-inoculated (T), inoculated with strain eight (CP8), strain four (CP4), and strains eight and four mixed (CP8 + 4). BFN were isolated from the rhizosphere of F. mexicana and were genetically transformed with reporters to quantify the population at the end of the experiment. NO3, NH4 and P and organic matter (MO) in the substrate were determined at beginning and finish of the experiment. Shoot and root dry weight, photosynthetic rate, flowering and fructification starting, flowers and fruits number, were measured. Shoot dry weight and photosynthetic rate were lower in TB than TA, decreasing 3.1 g and 0.94 µmol m-2 s-1, respectively. Root dry weight was 3.0 g less in TA compared with TB. Number flowers decrease in 40.89 % and number fruits in 38.11 % on TA than TB. F. mexicana plants start flowering 14 days previously in TB than TA. MO in the substrate decrease in TA, while the concentration of NO3, NH4 and P, increased. Population of BFN was lower in TA. Results obtained indicated that higher temperature promotes the growth of F. mexicana and reduce its reproduction and BNF population associated with its roots.(AU)

Distribución de bacterias potencialmente fijadoras de nitrógeno y su relación con parámetros fisicoquímicos en suelos con tres coberturas vegetales en el sur de la Amazonia colombiana

Distribution of potentially nitrogen-fixing bacteria and its relationship with physicochemical parameters in soils with three vegetation types in the southern Colombian Amazon region. Potentially nitrogen-fixing microaerobic and aerobic bacteria were isolated from several Colombian Amazon soils (forest, pastures and chagras) and two landscapes (floodable and non floodable areas). The abundance and distribution of bacteria were evaluated, as well as their relationship with soil physical and chemical characteristics. Landscape had a direct influence on the abundance of the microaerobic bacteria, with higher numbers in forest and pasture soils in non- floodable zones. The aerobic isolates (N=51) were grouped into 19 morphologies, with the highest numbers found in forest soil in floodable zones. A higher number of aerobic morphologies was shared among forest sites (Nonmetric Multidimensional Scaling and Analysis of Similarity p<0.05), and 40% of the distribution was explained by lime percentage and Al concentration. Rev. Biol. Trop. 57 (4): 915- 927. Epub 2009 December 01.

Se evaluó la abundancia y distribución de bacterias microaerófilas y aerobias potencialmente fijadoras de nitrógeno aisladas a partir de suelos bajo coberturas de bosque, pastizal y chagra en dos paisajes, terraza y llanura inundable, en el sur de trapecio amazónico. Se relacionó el recuento en placa en el medio Ashby de estas bacterias aerobias con las características físicas y químicas del suelo. Se encontró mayor abundancia de bacterias aerobias y microaerofilas en suelos bajo cobertura de pastizal. Se observó influencia directa del paisaje sobre la abundancia de bacterias microaerófilas registrando mayores recuentos los suelos bajo terraza en las coberturas de bosque y pastizal. Los aislamientos aerobios obtenidos (51) se agruparon en 19 morfologías, de las cuales se obtuvo mayor número en suelos bajo bosque y en el paisaje de llanura inundable. A través del análisis multidimensional no métrico (NMDS) y análisis de similaridades (ANOSIM) (p<0.05) se comprobó que entre los sitios de muestreo bajo la cobertura de bosque se comparten mayor número de morfologías de bacterias aerobias que bajo las demás coberturas. El programa BIOENV indicó que esta distribución fue explicada en un 40% por las variables % limo y Al (meq/100 g).