MARTINS, Suzana Cláudia Silveira. Facilitação como atenuante do estresse ambiental entre populações microbianas imobilizadas. 2012. 189 f. Tese (Doutorado em ecologia e recursos naturais)- Universidade Federal do Ceará, Fortaleza-CE, 2012. / Submitted by Elineudson Ribeiro (elineudsonr@gmail.com) on 2016-05-31T17:27:06Z No. of bitstreams: 1 2012_tese_scsmartins.pdf: 5457872 bytes, checksum: 8169a45e08494d7c4b0b2803f726ecf2 (MD5) / Approved for entry into archive by José Jairo Viana de Sousa (jairo@ufc.br) on 2016-05-31T22:33:18Z (GMT) No. of bitstreams: 1 2012_tese_scsmartins.pdf: 5457872 bytes, checksum: 8169a45e08494d7c4b0b2803f726ecf2 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-05-31T22:33:18Z (GMT). No. of bitstreams: 1 2012_tese_scsmartins.pdf: 5457872 bytes, checksum: 8169a45e08494d7c4b0b2803f726ecf2 (MD5) Previous issue date: 2012 / The attenuating influence of facilitate or positive interactions between immobilized and associated microbial populations under environmental stresse conditions is the main objective of this study. In this perspective, five chapters were developed. The first shows the state of the art of microbial immobilization, importance of facilitating interactions between species under environmental stress and cell immobilization as a tool to increase the efficiency of treatment of toxic pollutants in industrial wastewaters. In the second chapter was defined the type of polyurethane foam and the culture medium to be used for natural immobilization. In the third, qualitative and quantitative tests were conducted for selection of environmental microbial strains with potential for cell adhesion. The fourth chapter consisted of the evaluation of the effect of environmental stress on microbial populations immobilized in monoculture. In the fifth and last chapter, the selected microbial strains were immobilized in consortium and tested the effect of a physiological stress on the adaptive value of microbial populations, indicative of the predominant type of interaction between the species. The potential of strains for biotransformation processes of toxic chemical pollutants was also investigated. The results showed polyurethane foam of 23 kg/m3 immersed in Luria-Bertani broth diluted ten fold, as appropriate for cell retention of about 107 cells of Pseudomonas aeruginosa ATCC 25619. Among environmental microbial strains the Serratia marcescens bacterium and the yeast C. rugosa showed better adhesion potential. Individual microbial cells immobilized on polyurethane foam were more resistant to phenol than the respective cell suspensions. When associated, the two strains showed better adaptive value in the presence of phenol, compared to the same cells immobilized in individual cultivation, proving the prevalence of facilitative interactions between microbial populations. / A facilitação como atenuante do estresse ambiental, resultante de atividades antrópicas, entre populações microbianas imobilizadas, é o principal objetivo do presente estudo, que foi dividido em cinco capítulos. O primeiro consta do estado da arte sobre imobilização microbiana, importância das interações facilitadoras entre espécies sob estresse ambiental e a imobilização celular como ferramenta para aumentar a eficiência de tratamento de poluentes tóxicos em águas residuárias de origem industrial. No segundo capítulo, foi definido o tipo de espuma de poliuretano e meio de cultura a ser usado para imobilização natural. No terceiro, testes qualitativos e quantitativos foram realizados para seleção de linhagens microbianas ambientais com potencial para adesão celular. O quarto capítulo constou da avaliação do efeito de estresse ambiental sobre populações microbianas imobilizadas em monocultivo. No quinto e último capítulo, as linhagens microbianas selecionadas foram imobilizadas consorciadas e foi testado o efeito de estresse fisiológico, sobre o valor adaptativo de populações microbianas, indicativo do tipo de interação predominante entre espécies. O potencial das linhagens para processos de biotransformação de poluentes químicos tóxicos também foi investigado. Os resultados mostraram a espuma de poliuretano de 23 kg/m3 e caldo Luria-Bertani 1/10 como adequados para retenção de aproximadamente 107 UFC/cm2 células da bactéria Pseudomonas aeruginosa ATCC 25619. Entre as linhagens microbianas de origem ambiental a bactéria Serratia marcescens e a levedura C. rugosa mostraram melhor potencial de adesão. As células dessas culturas, imobilizadas sobre espuma de poliuretano, foram mais resistentes ao fenol que as respectivas células em suspensão. Quando consorciadas, as duas linhagens apresentaram melhor valor adaptativo na presença do fenol, em relação ás mesmas células imobilizadas em cultivo individual, comprovando a prevalência das interaçãoes facilitadoras entre as populações avaliadas.

Plants established next to other plants may have their performance positively or negatively affected by their neighbors, which characterizes interactions of facilitation and competiton, respectively. Facilitation and competition, however, may occur simultaneously and understanding which one predominates in pairwise interactions under different ecological contexts is important to comprehend the structure of plant communities. According to the stress-gradient hypothesis (SGH), facilitation is expected to prevail in more severe environments, but the outcome of interactions may change depending on features of interacting individuals, such as life form and ontogenetic stages. As harsh conditions and high diversity of plant life-forms are characteristic of coastal dunes, the amount of studies about plant interactions has been rapidly increasing in these ecosystems, with apparent divergent conclusions. However, until now, there is not a systematic and quantitative synthesis about the factors affecting the net outcome of facilitation and competition in these ecosystems. We conducted a meta-analysis to investigate the effects of environmental stress and the simultaneous influence of plant life form and ontogenetic stage on the outcome of facilitation and competition in coastal dunes around the world. We used four performance measures to estimate the outcome of interactions: abundance, survival, growth, and reproduction. Contrary to what was expected by SGH, we found that negative impacts of neighbors on plant reproduction increase towards more arid conditions, but this effect was not observed for other performance measures. Our results also indicate that woody neighbors facilitate the survival of woody seedlings and the reproduction of herbs, while herbaceous neighbors facilitate the growth of other herbaceous plants. Overall, the outcome of plant interactions in coastal dunes depends on the performance variable measured and on both environmental conditions and plant features, indicating an interaction between these factors. Such interaction and different mechanisms underlying facilitation and competition should be more investigated in the future. The global scale of our meta-analysis supports generalization of important processes of succession and conservation in coastal dunes. Benefits of woody neighbors to the survival of woody seedlings corroborate the concept of successional feedbacks in the beach-inland physiognomic gradient, and our results reinforce the use of nurse plants in coastal dunes as a valuable tool to restoration of these endangered ecoystems / Plantas estabelecidas nas proximidades de outras plantas podem ter sua performance afetada positiva ou negativamente por seus vizinhos, caracterizando, respectivamente, interações de facilitação e competição. Considerando que ambas as interações podem ocorrer de forma simultânea, compreender o predomínio de cada uma delas em diferentes contextos ecológicos é fundamental para o entendimento da estrutura de comunidades vegetais. De acordo com a hipótese do gradiente de estresse (HGE), a facilitação tende a predominar em ambientes mais severos, mas o balanço das interações depende ainda das características dos indivíduos envolvidos, como forma de vida e estágio ontogenético. Como condições ambientais severas e alta diversidade de formas de vida vegetais são características de planícies costeiras, o número de estudos investigando interações entre plantas tem aumentado rapidamente nesses ambientes, com conclusões aparentemente divergentes. No entanto, ainda não há uma síntese sistemática e quantitativa dos fatores que afetam o balanço entre facilitação e competição nesses ecossistemas. Nós realizamos uma meta-análise em escala global para investigar os efeitos do estresse ambiental e a influência simultânea da forma de vida e do estágio ontogenético das plantas sobre o balanço entre facilitação e competição em planícies costeiras. Utilizamos quatro variáveis de performance para estimar o balanço de interações: abundância, sobrevivência, crescimento e reprodução. Ao contrário do predito pela HGE, encontramos que impactos negativos de plantas vizinhas sobre a reprodução de outras plantas aumentam com a aridez do ambiente, mas que esse efeito não é observado para outras variáveis de performance. Nossos resultados também mostram que vizinhos lenhosos facilitam a sobrevivência de plântulas lenhosas e a reprodução de plantas herbáceas, enquanto vizinhos herbáceos facilitam o crescimento de outras herbáceas. De modo geral, o balanço das interações depende da variável de performance medida e tanto de condições ambientais quanto de características das plantas, indicando que esses fatores interagem. Tal interação e os diferentes mecanismos subjacentes à facilitação e à competição devem ser melhor investigados no futuro. A maior sobrevivência de plântulas lenhosas na presença de vizinhos lenhosos corrobora a ideia de retroalimentação positiva no processo sucessional que caracteriza o gradiente fisionômico da praia ao interior. Nossos resultados também reforçam o potencial do uso de plantas-berçários como ferramenta para restauração de planícies costeiras degradadas

Plants established next to other plants may have their performance positively or negatively affected by their neighbors, which characterizes interactions of facilitation and competiton, respectively. Facilitation and competition, however, may occur simultaneously and understanding which one predominates in pairwise interactions under different ecological contexts is important to comprehend the structure of plant communities. According to the stress-gradient hypothesis (SGH), facilitation is expected to prevail in more severe environments, but the outcome of interactions may change depending on features of interacting individuals, such as life form and ontogenetic stages. As harsh conditions and high diversity of plant life-forms are characteristic of coastal dunes, the amount of studies about plant interactions has been rapidly increasing in these ecosystems, with apparent divergent conclusions. However, until now, there is not a systematic and quantitative synthesis about the factors affecting the net outcome of facilitation and competition in these ecosystems. We conducted a meta-analysis to investigate the effects of environmental stress and the simultaneous influence of plant life form and ontogenetic stage on the outcome of facilitation and competition in coastal dunes around the world. We used four performance measures to estimate the outcome of interactions: abundance, survival, growth, and reproduction. Contrary to what was expected by SGH, we found that negative impacts of neighbors on plant reproduction increase towards more arid conditions, but this effect was not observed for other performance measures. Our results also indicate that woody neighbors facilitate the survival of woody seedlings and the reproduction of herbs, while herbaceous neighbors facilitate the growth of other herbaceous plants. Overall, the outcome of plant interactions in coastal dunes depends on the performance variable measured and on both environmental conditions and plant features, indicating an interaction between these factors. Such interaction and different mechanisms underlying facilitation and competition should be more investigated in the future. The global scale of our meta-analysis supports generalization of important processes of succession and conservation in coastal dunes. Benefits of woody neighbors to the survival of woody seedlings corroborate the concept of successional feedbacks in the beach-inland physiognomic gradient, and our results reinforce the use of nurse plants in coastal dunes as a valuable tool to restoration of these endangered ecoystems / Plantas estabelecidas nas proximidades de outras plantas podem ter sua performance afetada positiva ou negativamente por seus vizinhos, caracterizando, respectivamente, interações de facilitação e competição. Considerando que ambas as interações podem ocorrer de forma simultânea, compreender o predomínio de cada uma delas em diferentes contextos ecológicos é fundamental para o entendimento da estrutura de comunidades vegetais. De acordo com a hipótese do gradiente de estresse (HGE), a facilitação tende a predominar em ambientes mais severos, mas o balanço das interações depende ainda das características dos indivíduos envolvidos, como forma de vida e estágio ontogenético. Como condições ambientais severas e alta diversidade de formas de vida vegetais são características de planícies costeiras, o número de estudos investigando interações entre plantas tem aumentado rapidamente nesses ambientes, com conclusões aparentemente divergentes. No entanto, ainda não há uma síntese sistemática e quantitativa dos fatores que afetam o balanço entre facilitação e competição nesses ecossistemas. Nós realizamos uma meta-análise em escala global para investigar os efeitos do estresse ambiental e a influência simultânea da forma de vida e do estágio ontogenético das plantas sobre o balanço entre facilitação e competição em planícies costeiras. Utilizamos quatro variáveis de performance para estimar o balanço de interações: abundância, sobrevivência, crescimento e reprodução. Ao contrário do predito pela HGE, encontramos que impactos negativos de plantas vizinhas sobre a reprodução de outras plantas aumentam com a aridez do ambiente, mas que esse efeito não é observado para outras variáveis de performance. Nossos resultados também mostram que vizinhos lenhosos facilitam a sobrevivência de plântulas lenhosas e a reprodução de plantas herbáceas, enquanto vizinhos herbáceos facilitam o crescimento de outras herbáceas. De modo geral, o balanço das interações depende da variável de performance medida e tanto de condições ambientais quanto de características das plantas, indicando que esses fatores interagem. Tal interação e os diferentes mecanismos subjacentes à facilitação e à competição devem ser melhor investigados no futuro. A maior sobrevivência de plântulas lenhosas na presença de vizinhos lenhosos corrobora a ideia de retroalimentação positiva no processo sucessional que caracteriza o gradiente fisionômico da praia ao interior. Nossos resultados também reforçam o potencial do uso de plantas-berçários como ferramenta para restauração de planícies costeiras degradadas