Uso de eDNA para bioanálise da qualidade do solo e gestão de ecossistemas canavieiros paulista
Data
2024
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Editor
Universidade Brasil
Resumo
A definição e monitoramento de variáveis da qualidade do solo são fundamentais para a produção primária sustentável de cana-de-açúcar utilizada em processos industriais de base biológica. Este estudo buscou avaliar o uso de DNA ambiental (eDNA) para biomonitorar a qualidade de solos canavieiros do Estado de São Paulo manejados com vinhaça (V), torta de filtro (T) e adubação mineral (AM). Amostras compostas de solo foram coletadas seguindo o esquema amostral: 2 classes de solo (Latossolo e Argissolo) x 2 texturas (argiloso e arenoso) x 3 sistemas de manejo (vinhaça, vinhaça combinada com torta de filtro, e adubação mineral) x 3 talhões x 2 períodos sazonais (chuvoso e seco). Com base na determinação da matéria orgânica (MO), carbono orgânico (COS), macro e micronutrientes, as amostras de Latossolo e Argissolo revelaram grupos claramente separados (R global = 0,554) em função do manejo agrícola, e grupos com alguma sobreposição em função da textura do solo (R global = 0,369). O número de cópias dos genes nirK, nirS e nosZ, quantificado pela técnica de PCR quantitativo em Tempo Real (qPCR) a partir do DNA genômico isolado das 72 amostras de solo foi maior no período chuvoso em comparação com o período seco (P>0,05). Nenhum dos genes avaliados revelou resposta consistente aos diferentes manejos de solo da cana-de-açúcar, mostrando um padrão de resposta para cada classe e textura de solo. A atividade das enzimas β-glicosidase e arilsulfatase foi compatível com o manejo agrícola do solo de cana-de-açúcar, aumentando consistentemente na seguinte ordem: vinhaça < adubo mineral < vinhaça + torta de filtro, exceto Argissolo arenoso. Esse aumento foi mais acentuado no Latossolo do que no Argissolo, onde a média de vinhaça + torta de filtro e adubo mineral apresentou 1,8 (solo arenoso) e 3,9 (solo argiloso) vezes mais atividade do que no solo manejado com vinhaça. Análises estatísticas revelaram correlações negativas (P<0,05) entre o número de cópias dos genes nirK e nosZ e a atividade das enzimas β-glicosidase e arilsulfatase no solo em ambos os períodos sazonais analisados. O número de cópias destes dois genes microbianos também foi negativamente correlacionado com o teor de MO do solo no período chuvoso. Dessa forma, as indicações de solo canavieiro saudável baseadas em análises enzimáticas e na MO foram reforçadas pela menor abundância de genes associados com a desnitrificação, permitindo, indiretamente, que a atividade das enzimas β-glicosidase e arilsulfatase revelasse, também, acerca do potencial de produção de óxido nitroso nos solos canavieiros analisados. Os resultados desta pesquisa reforçam a sensibilidade da bioanálise enzimática de qualidade do solo e ampliam o potencial da sua interpretação de qualidade ambiental em solos canavieiros paulistas.
Abstract
Defining and monitoring soil quality parameters are essential for the sustainable production of sugarcane used in bio-based industrial processes. This study evaluated the use of environmental DNA (eDNA) to biomonitor the quality of sugarcane soils in São Paulo, Brazil, managed with vinasse (V), filter cake (C), and mineral fertilizer (MF). Composite soil samples were collected using a systematic arrangement: 2 soil classes (Ferralsol and Acrisol), 2 textures (clayey and sandy), 3 management systems (vinasse, vinasse combined with filter cake, and mineral fertilization), 3 plots, and 2 seasonal periods (rainy and dry), totaling 72 samples. Analysis of organic matter (OM), soil organic carbon (SOC), and macro- and micronutrients differentiated the Ferralsol and Acrisol samples into distinct groups based on agricultural management (Global R = 0.554) and showed some overlap based on soil texture (Global R = 0.369). The quantity of nirK, nirS, and nosZ gene copies, determined by Real-Time Quantitative PCR (qPCR) from genomic DNA isolated from the 72 samples, was higher in the rainy season compared to the dry season (P>0.05). None of the genes evaluated revealed a consistent response to different sugarcane soil managements, showing a response pattern for each soil class and texture. The activity of β-glucosidase and arylsulfatase enzymes was consistent with the agricultural management of the sugarcane soil, consistently increasing in the following order: vinasse < mineral fertilizer < vinasse + filter cake, except for sandy Acrisol. This increase was more pronounced in Ferralsol than in Acrisol, where the average for vinasse + filter cake and mineral fertilizer presented 1.8 (sandy soil) and 3.9 (clayey soil) times more activity than in the soil managed with vinasse. Statistical analyses revealed negative correlations (P<0.05) between the number of copies of the nirK and nosZ genes and the activity of the β glucosidase and arylsulfatase enzymes in the soil in both seasonal periods analyzed. The number of copies of these two microbial genes was also negatively correlated with the soil OM content in the rainy season. Thus, the indications of healthy sugarcane soil based on enzymatic analyses and OM were reinforced by the lower abundance of genes associated with denitrification, indirectly allowing the activity of the β glucosidase and arylsulfatase enzymes to also reveal the potential for nitrous oxide production in the sugarcane soils analyzed. The results of this research reinforce the sensitivity of enzymatic bioanalysis for soil quality and expand the potential for its interpretation of environmental quality in sugarcane soils in São Paulo.
Descrição
Palavras-chave
DNA ambiental, Genes microbianos, Desnitrificação, Enzimas do solo qRCR