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Gembloux Agro-Bio Tech (GxABT)
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MASTER THESIS
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Kinetic analysis of the evolution of the microbiota of the PAFF Box

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Szekely, Iris ULiège
Promotor(s) : Massart, Sébastien ULiège ; Jijakli, Haissam ULiège
Date of defense : 3-Sep-2019 • Permalink : http://hdl.handle.net/2268.2/8190
Details
Title : Kinetic analysis of the evolution of the microbiota of the PAFF Box
Translated title : [fr] Analyse cinétique de l'évolution du microbiote de la PAFF Box
Author : Szekely, Iris ULiège
Date of defense  : 3-Sep-2019
Advisor(s) : Massart, Sébastien ULiège
Jijakli, Haissam ULiège
Committee's member(s) : Willems, Luc ULiège
Vandenbol, Micheline ULiège
Eck, Mathilde ULiège
Beckers, Yves ULiège
Language : English
Number of pages : 108
Keywords : [fr] aquaponie
[fr] communautés bactériennes
[fr] communautés fongiques
[fr] séquençage haut débit
[fr] 16s rDNA
[fr] ITS
[fr] analyse cinétique
[en] aquaponics
[en] bacterial communities
[en] fungal communities
[en] high throughput sequencing
[en] kinetic analysis
Discipline(s) : Life sciences > Agriculture & agronomy
Target public : Researchers
Professionals of domain
Student
Institution(s) : Université de Liège, Liège, Belgique
Degree: Master en bioingénieur : sciences agronomiques, à finalité spécialisée
Faculty: Master thesis of the Gembloux Agro-Bio Tech (GxABT)

Abstract

[fr] L’aquaponie est une technique d’agriculture innovante qui combine la production de plantes hydroponiques et l’élevage de poissons, dans un système recirculé. Fonctionnant en boucle fermée, cette méthode s’inscrit dans les défis environnementaux et socio-économiques actuels des zones urbaines. Ce système est basé sur une symbiose tripartite entre les plantes, les poissons et les microorganismes. Principalement en transformant les déchets d’aquaculture et en les rendant biodisponibles pour les plantes, les microorganismes ont un rôle crucial en aquaponie et de plus en plus d’études tentent de caractériser leur diversité et fonctionnalités. Cette présente étude analyse les communautés bactériennes et fongiques dans le temps d’un système aquaponique de petite échelle, i.e. la Plant and Fish Farming Box (PAFF Box), dans le but d’évaluer la stabilité du microbiote observé en aquaponie. Pour cela, des échantillons de quatre « compartiments » différent ont été relevés deux puis une fois par semaine durant 9 semaines après l’introduction de laitues (Lactuca sativa) dans le système, i.e. l’eau circulante, le biofiltre, l’endosphère et la rhizoplane des laitues. Les communautés bactériennes ont été analysées par séquençage du gène 16s rRNA et les communautés fongiques par séquençage du gène ITS, en utilisant la technologie Illumina MiSeq et le logiciel bioinformatique QIIME. Ainsi, le biofiltre et les racines de laitues (endosphere et rhizoplane) dans une plus large mesure, ont subi un important changement bactérien respectivement 11 à 15 jours et 18 à 25 jours après l’introduction des laitues dans le système. Ce changement était principalement caractérisé par une disparition des genres Lactobacillus et Streptococcus des abondances relatives, aussi bien dans le biofiltre que dans les racines. Après ce changement, les communautés bactériennes sont restées relativement stables dans ces compartiments. Dans l’eau circulante, les communautés bactériennes ont beaucoup fluctué au cours des 9 semaines d’expérience, mais sans changement drastiques. De leurs côtés, les communautés fongiques ont été difficiles à étudiées à cause d’un manque d’assignation des séquences. Cependant, le biofiltre semblait être un compartiment bien plus fluctuant que ceux de l’eau ou des racines, en termes de communautés fongiques. D’autres études devraient être menées pour caractériser et comprendre les grands changements microbiens qui peuvent survenir dans un système aquaponique, et mieux caractériser également les champignons en aquaponie.

[en] Aquaponics is an innovative farming concept that integrates both fish and hydroponics crop productions in a recirculating water system. Functioning as a closed nutrient loop, this technic could play an important role in the environmental and socio-economical sustainable challenges of urban areas. This method is based on a tripartite symbiosis made of fish, plants and microorganisms. Mainly by transforming the fish wastes and making them bioavailable for the plants, microorganisms in aquaponics are crucial and an increasing number of studies aim to characterise their diversity and functionalities. The present survey analyses bacterial and fungal communities over time in a small scale aquaponic system, i.e. the Plant and Fish Farming box (PAFF Box), in order to assess the stability of the microbiota observed in aquaponics. To this end, samples of four different “compartments” were taken twice and then once a week for 9 weeks after the introduction of lettuces (Lactuca sativa) in the system, i.e. the circulating water, the biofilter, the lettuce endosphere and rhizoplane. The bacterial communities were analysed by 16s rRNA gene sequencing and the fungal communities by ITS gene sequencing, using Illumina MiSeq technology and the QIIME bioinformatic software. As a result, the biofilter and lettuce roots (both endosphere and rhizoplane) to a larger extent, underwent a bacterial shift respectively 11 to 15 days and 18 to 25 days after the introduction of the lettuces in the system. This shift was mainly characterised by the disappearance of Lactobacilli and Streptococci genera from the relative abundances, in both the biofilter and roots. Afterwards, the bacterial communities remained fairly stable in those compartments. In the circulating water, bacterial communities fluctuated a lot throughout the 9 weeks of experiment, but with no drastic shifts. The fungal communities were difficult to study due to a lack of fungal assignment. However, the biofilter appeared as a much more fluctuating compartment than the water and roots compartments, in term of fungal communities. Other studies should be made in order to further characterise and understand the microbial shifts that can occur in such system, as well as better characterise the fungal communities in AP.


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Author

  • Szekely, Iris ULiège Université de Liège > Gembloux Agro-Bio Tech

Promotor(s)

Committee's member(s)

  • Willems, Luc ULiège Université de Liège - ULiège > Agronomie, Bio-ingénierie et Chimie (AgroBioChem) > Agronomie, Bio-ingénierie et Chimie (AgroBioChem)
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  • Vandenbol, Micheline ULiège Université de Liège - ULiège > Agronomie, Bio-ingénierie et Chimie (AgroBioChem) > Microbial, food and biobased technologies
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  • Eck, Mathilde ULiège Université de Liège - ULiège > Agronomie, Bio-ingénierie et Chimie (AgroBioChem) > Gestion durable des bio-agresseurs
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  • Beckers, Yves ULiège Université de Liège - ULiège > Agronomie, Bio-ingénierie et Chimie (AgroBioChem) > Ingénierie des productions animales et nutrition
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