Anaerobic digestion (AD) is becoming a widely adopted technology for conversion of organic waste and nutrient-rich fertiliser production due to its cost-effectiveness and sustainability. In this study, a batch experiment was conducted using five different types of food waste and cow dung (CD). No significant difference was observed among the four substrates that produced the highest methane (P<0.05). Based on the batch experiment results, two substrates were selected for semi-continuous digestion and the highest methane yield (67%) was obtained from co-digestion (CO). PCR-DGGE results revealed higher bacterial and archaeal diversity indices in CO as compared to mono-digestion of CD and mixed food waste. The high-throughput sequence analyses revealed that the Operational Taxonomic Units (OTUs) belonging to the phyla Bacteroidetes, followed by Firmicutes, Actinobacteria and Proteobacteria, were dominant in all treatments. The enhanced methane production in CO could be attributed to the neutral pH and partial shift of archaea from Methanosaeta to Methanosarcina. The digestate and fresh CD were screened for plant growth promoting bacteria (PGPB), nutrient and heavy metal content. The dung contained higher concentrations of heavy metals (P<0.05) and potential pathogens in comparison to the digestate. The use of digestate may, therefore, enhance soil fertility with minimal negative environmental effects. / School of Agriculture and Life Sciences / M. Sc. (Life Sciences)

A Floresta Ombrófila Mista também chamada de Floresta de Araucária representa um dos mais ricos remanescentes de florestas pluviais subtropicais brasileiras, tendo como principal representante a Araucaria angustifolia, espécie considerada ameaçada de extinção. A diversidade microbiana possui um importante papel no funcionamento e manutenção do equilíbrio dos ecossistemas florestais, mas é desconhecida em solos com araucária. O presente estudo teve como objetivo avaliar a diversidade, funcionalidade e estrutura das comunidades microbianas em florestas de Araucaria angustifolia natural, introduzida e impactada pela queima acidental. O estudo foi realizado no Parque Estadual de Campos de Jordão, SP, tendo como áreas de estudo: floresta nativa com predomínio de araucária (FN), reflorestamento de araucária (RF), e reflorestamento de araucária com queima acidental em julho de 2001 (RQ). Em cada área, foram escolhidas ao acaso dez árvores de araucária e ao redor de cada árvore coletou-se uma amostra composta de três subamostras. Foram avaliados atributos químicos, microbiológicos, estrutura das comunidades de Bacteria e Archaea por PCR-DGGE e seqüenciamento parcial do gene rRNA 16S de Bacteria, análise da capacidade de utilização de substratos de carbono (Biolog) e perfis de ácidos graxos ligados a ésteres de fosfolipídios (PLFAs). As áreas são caracterizadas por solos ácidos, com elevado conteúdo de matéria orgânica (MO) e baixa disponibilidade de cátions metálicos básicos. A área FN apresentou maiores teores de carbono da biomassa microbiana (CBM), atividade respiratória basal (C-CO2) e relação carbono da biomassa microbiana: carbono orgânico total (CBM:COT), comparada ao RF e RQ. Os maiores valores de quociente metabólico (qCO2) foram encontrados no RQ quando comparado a FN e RF. A análise canônica discriminante identificou o atributo microbiano qCO2 e químicos, Mg e pH, como sendo responsáveis pela discriminação das áreas, seguidos do teor de P. A análise de PCRDGGE revelou que as estruturas das comunidades bacterianas de FN e RQ foram mais similares entre si do que em RF. A análise de escala multidimensional (NMDS) com ANOSIM baseada nos perfis de amplicons de Bacteria mostrou que as três áreas são diferentes entre si, enquanto para Archaea não houve diferença entre as áreas estudadas. A afiliação taxonômica das seqüências de clones do gene rRNA 16S mostrou que o solo de FN apresenta uma maior diversidade de táxons. Os filos Proteobacteria e Actinobacteria foram os mais freqüentes nas três áreas. A maior diversidade estimada pelo índice de Shannon foi encontrada em RQ, em comparação a FN e RF. A análise por Biolog mostrou que área FN apresenta a maior taxa de utilização de substratos, em relação RF e RQ, as quais não diferiram entre si. Os perfis de PLFAs não apresentaram diferenças entre as áreas estudadas. Observou-se uma maior biomassa bacteriana, principalmente de Gram-positivas, quando comparada a biomassa fúngica de PLFAs das áreas estudadas. As análises multivariadas apresentaram-se como importantes ferramentas no estudo de diversidade microbiana, sendo os atributos químicos e microbiológicos do solo úteis para a interpretação dos resultados obtidos. / The Ombrophilic Mixed Forest, also called Araucaria Forest, represents one of the richest remainders of subtropical pluvial forests in Brazil. Its main representative species is the endangered Araucaria angustifolia. The microbial diversity plays an important role in functioning of forest ecosystems. However, the microbial diversity in soils with araucaria forests is mostly unknown. The aim of this work was to evaluate the diversity, structure of microbial communities in their possible functions in a natural preserved araucaria forest (FN), a planted araucaria forest (RF) and a planted araucaria forest impacted by accidental fire (RQ). The study was carried out at the State Park of Campos of Jordão (SP). For each area, ten araucaria trees were randomly selected and a sample composed of three sub-samples was collected at approximately one meter from the trunk of each tree. Chemical and microbiological attributes, as well as structures of bacterial and archaeal communities were evaluated using PCR-DGGE and the partial sequencing of the 16S rRNA gene from Bacteria, community level physiological profiles using Biolog, the phospholipid fatty acids profiles (PLFAs). The studied areas were characterized by acidic soils, with high content of organic matter (OM) and low availability of basic metallic cations. The area FN presented the highest contents of carbon in the microbial biomass (CBM), higher basal respiration activity (C-CO2) and higher microbial biomass carbon: total organic carbon ratio (CBM:TOC), compared to RF and RQ. The highest values of metabolic quotient (qCO2) were observed in RQ, when compared to FN and RF. Using canonical discriminant analysis (CDA), qCO2, Mg concentration and pH were identified as the main attributes responsible for the discrimination of the areas, followed by the P concentration. The PCR-DGGE analysis revealed that the bacterial community structures in FN and RQ share higher levels of similarity, as compared to RF. Non-metric multidimensional scale analysis (NMDS) and ANOSIM based on the profiles of bacterial 16S rRNA gene amplicons showed that the all three areas had different bacterial communities, whereas archaeal communities were similar, based on 16S rRNA genes amplicon profiles. The phylogenetic affiliation of 16S rRNA gene clone sequences showed that soil from FN presents higher taxa diversity, as compared to RF and RQ. The phyla Proteobacteria and Actinobacteria were the most frequent in the three areas studied. Higher Shannon index was observed in RQ soil than FN and RF soils. Biolog analysis showed that FN has the highest substrate utilization rates, when compared to RF and RQ, which did not show significant differences. In general, PLFAs profiles did not show differences for the areas studied. Estimated bacterial biomass was higher than fugal biomass, with predominance of Gram-positive bacteria. Integration of chemical and microbial attributes through multivariate analyses is essential for identifying the factors determining microbial community structure in forest soils.

Made available in DSpace on 2015-03-26T13:51:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 248917 bytes, checksum: 84bc05c660ca867229222e12c0fa08ec (MD5) Previous issue date: 2003-03-31 / Fundação de Amparo a Pesquisa do Estado de Minas Gerais / Phylogenetic analysis of Lactobacillus UFV H2b20 based on the 16S rDNA sequence positions this isolate among the Lactobacillus delbrueckii subspecies. It confirms the classification by DNA/DNA hybridization. Comparisons of the substituted bases along the 16S rDNA sequence show that most are probably caused by 5-methylcytosine deamination that results in GC/AT transition. Presence of polymorphic copies of the 16S rRNA gene in Lactobacillus delbrueckii UFV H2b20 were confirmed by PCR-DGGE. Five distinct bands of rDNA amplified sequences confirm at least five different copies of the gene. The intensity of one of the bands allows the inference of two identical copies. The DGGE profile of this isolate was different from those of other L. delbrueckii strains, providing a mean to distinguish it in mixed cultures. Analysis of the nucleotide sequences along the rDNA region revealed the presence of putative insertion sequences. One of them, 915 bp long, was characterized and denominated ISLdH2b20. It presents a single ORF that encodes a putative transposase with some homology to the one of ISL5 of L. delbrueckii subsp. bulgaricus. All the characteristic elements of an IS were located as well as the putative regulatory sequences of the transposase. / O estudo de filogenia baseado em seqüências de rDNA de Lactobacillus UFV H2b20 mostrou que esse microrganismo foi agrupado entre as subespécies de Lactobacillus delbrueckii. Este resultado confirma a nova classificação do isolado, baseada na hibridização DNA-DNA. A análise das substituições de bases mostra que a maioria é causada pela desaminação da 5-metilcitosina, o que causa uma transição GC/AT. A técnica PCR-DGGE de L. delbrueckii UFV H2b20 demonstrou resultados satisfatórios na análise de polimorfismos do operon rrn em microrganismos isolados. Foram encontradas cinco bandas diferentes para o L. delbrueckii UFV H2b20, confirmando a presença de cinco cópias distintas do rDNA 16S nesse microrganismo e possivelmente seis no total. O isolado L. delbrueckii UFV H2b20 apresentou um perfil de bandas diferente das outras linhagens de Lactobacillus, o que poderá ser utilizado para diferenciá-lo dos demais, uma vez que outros métodos baseados em PCR, como RAPD, mostram-se pouco discriminatórios. A análise das seqüências da região do rDNA 16S revelou uma seqüência de inserção putativa, de 915 pb, que foi caracterizada e denominada ISLdH2b20. Ela apresenta uma única ORF e codifica uma transposase putativa que apresenta homologia com a transposase de ISL5. Todos os elementos característicos de uma IS foram identificados bem como as seqüências regulatórias putativas da transposase.