Obrana doktorske disertacije :: Irina Tanuwidjaja, mag. ing. agr.

Utjecaj minerala glina na uspostavu mikrobnih zajednica koje pokreću kruženje nutrijenata u ranim fazama razvoja tla :: Impact of clay minerals on the establishment of microbial communities driving nutrient turnover during early phases of soil development

27.2.2023. :: 10.00 sati :: Dvorana VI/A Sveučilišta u Zagrebu Agronomskog fakulteta te preko aplikacije Zoom

Zoom Meeting: https://us02web.zoom.us/j/83896134241?pwd=YldQSzFXMWllbEFRQnNXZ0hiZ25WUT09 

Meeting ID: 838 9613 4241

Mentori doktorske disertacije:

  • Prof. dr. sc. Mirna Mrkonjić Fuka, Sveučilište u Zagrebu Agronomski fakultet
  • Prof. dr. rer. nat. habil. Michael Schloter, Technical University of Munich

Povjerenstvo za obranu doktorske disertacije:

  • Prof. dr. sc. Sanja Sikora, Sveučilište u Zagrebu Agronomski fakultet
  • Izv. prof. dr. sc. Kristina Krklec, Sveučilište u Zagrebu Agronomski fakultet
  • Izv. prof. dr. sc. Ana Bielen, Sveučilište u Zagrebu Prehrambeno-biotehnološki fakultet

Sažetak:
Mikroorganizmi imaju središnju ulogu u biogeokemijskom kruženju kemijskih elemenata poput ugljika, dušika i fosfora u tlu. Oni svojim metabolizmom aktivno oblikuju stanište u kojem žive i značajno utječu na razvoj tla. Istovremeno, različiti biotički i abiotički čimbenici utječu na aktivnost i sastav mikrobnih zajednica u tlu, a među njima se posebno ističe mineralni sastav tla, odnosno minerali glina. Međutim, nije dovoljno poznato u kojoj mjeri minerali glina utječu na sastav, razvoj i adaptaciju mikrobiote uključene u kruženje makronutrijenata u ranim fazama razvoja tla, što je i glavni cilj ovog rada.

U ovom istraživanju, koje je bazirano na metagenomskoj analizi ukupne mikrobiote, korištena su umjetna tla s točno definiranim sastavom gdje je isključen utjecaj okolišnih čimbenika i viših organizama, poput biljaka.

Rezultati ovog istraživanja pokazuju da se bakterijske zajednice u umjetnim tlima značajno razlikuju ovisno o mineralnom sastavu tla te da na uspostavu i razvoj bakterijskih zajednica u umjetnim tlima najviše utječu minerali glina montmorilonit i ilit. Tijekom inkubacije tla bila su potrošena lako razgradiva hranjiva zbog čega mikroorganizmi iskorištavaju teško razgradive ugljikove spojeve i mikrobne ostatke. Nadalje, mikroorganizmi u umjetnim tlima nadvladali su nedostatak lako dostupnih dušikovih spojeva prvenstveno depolimerizacijom, odnosno mineralizacijom složenih organskih dušikovih spojeva i mikrobnih ostataka, a nedostatak lako dostupnih fosfornih spojeva pojačanim iskorištavanjem anorganskih i organskih fosfornih spojeva i povećanjem učinkovitosti unosa fosfora u mikrobne stanice. Mikrobne grupe koje pokreću kruženje ugljika i dušika te mobilizaciju fosfora spadaju u visoko zastupljene taksone pronađene u oba umjetna tla, dok je brojnost specijaliziranih mikrobnih grupa specifičnih za umjetna tla koja sadrže montmorilonit odnosno ilit iznimno niska. Međutim, točni adaptacijski mehanizmi iskorištavanja i unosa ugljika, dušika i fosfora razlikuju se s obzirom na prisutne minerale glina, odnosno prisutne mikrobne zajednice.

Ovo istraživanje omogućilo je sveobuhvatnu analizu svih mikrobnih gena uključenih u procese kruženja i mobilizacije ugljika, dušika i fosfora u tlu te je značajno doprinijelo boljem razumijevanju složenih interakcijskih odnosa između mineralnih komponenti tla i mikrobnih zajednica u ranim fazama razvoja tla.

Ključne riječi: razvoj tla, minerali glina, mikrobna raznolikost, funkcionalna mikrobiota, kruženje ugljika i dušika, mobilizacija fosfora, metagenomska analiza

Summary:
Microorganisms play a central role in the biogeochemical cycling of chemical elements such as carbon, nitrogen, and phosphorus in the soil. Microbial metabolism actively shapes the habitat in which they live and significantly influences soil development. Simultaneously, various biotic and abiotic factors affect the activity and composition of the microbial communities in the soil, of which the soil mineral composition, i.e. clay minerals, are particularly important. However, little is known about the impact of clay minerals on the composition, development, and adaptation of the microbiota involved in macronutrient cycling in the early phases of soil development, which is the main objective of this study.

In this research, based on metagenomic analysis of the total microbiota, artificial soils with a well-defined composition were used, where the influence of environmental factors and higher organisms, such as plants, was excluded.

The results of this research show that bacterial communities in artificial soils differ significantly depending on the mineral composition of the soil and that the establishment and development of bacterial communities in artificial soils are mostly influenced by the clay minerals montmorillonite and illite. During soil incubation, readily available nutrients were consumed and therefore the microorganisms utilised recalcitrant carbon compounds and microbial residues. Furthermore, the microorganisms in the artificial soils overcame the scarcity of readily available nitrogen compounds mainly by depolymerisation, i.e. mineralisation of complex organic nitrogen compounds and microbial residues, and the scarcity of readily available phosphorus compounds by increased utilisation of inorganic and organic phosphorus compounds and by increasing the efficiency of phosphorus uptake in the microbial cells. The microbial groups that drive carbon and nitrogen cycling and phosphorus mobilisation belong to the highly abundant taxa in both artificial soils, while the number of specialised microbial groups specific to artificial soils containing montmorillonite and illite is extremely low. However, the exact adaptive mechanisms of utilisation and uptake of carbon, nitrogen, and phosphorus differ with respect to the clay minerals, i.e. microbial communities present in artificial soils.

This research enabled a comprehensive analysis of all microbial genes involved in the carbon and nitrogen cycling and phosphorus turnover in soil and contributed significantly to a better understanding of the complex interactions between mineral soil components and microbial communities in the early phases of soil development.

Keywords: soil formation, clay minerals, microbial diversity, functional microbiota, carbon and nitrogen cycle, phosphorus turnover, metagenomic analysis

Prijava djelatnika

Mrežna stranica koristi kolačiće (cookies). Kolačiće upotrebljavamo kako bismo personalizirali sadržaj i oglase, omogućili značajke društvenih medija i analizirali promet. Isto tako, podatke o vašoj upotrebi naše web-lokacije dijelimo s partnerima za društvene medije, oglašavanje i analizu, a oni ih mogu kombinirati s drugim podacima koje ste im pružili ili koje su prikupili dok ste upotrebljavali njihove usluge. Nastavkom korištenja naših internetskih stranica vi prihvaćate našu upotrebu kolačića. Polica privatnosti.