PRINCIPIOS DE ECOLOGÍA MICROBIANA

ECOSISTEMAS: Los organismos que viven en un área

determinada mas el ambiente físico que interactúa con esos organismos (auto

sostenible y funcional).

COMUNIDADES: Grupo ecológicamente integrado de

especies de animales, plantas y microorganismos que habitan un área dada

(interacciones)

POBLACIONES: Grupos de organismos de la misma especie

que coexisten en el tiempo y

espacio

INDIVIDUOS

NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LA BIOSFERA

GLOSARIO :

Hábitat: sitio donde específicamente pueden vivir ciertos organismos.

Nicho ecológico: función de un organismo en un ecosistema (hábitat + función + interacciones).

Guild (gremio): poblaciones de una comunidad que utilizan los mismos recursos (ej. Sulfato-reductoras, fijadoras de N).

Fitness : alto grado de adaptación que mejora la competitividad .

Dinámica: cambios temporales en la composición de una comunidad.

Sucesión: sustitución de unas poblaciones por otras más adaptadas para ocupar un nicho ecológico.

DOMINIO TAMAÑO MOVILIDAD FUENTE ENERGÍA

virus ------- 0,01- 0,1µ ------ parásitos

bacterias procariotas 0,5 -2.0µ + luz, comp. orgánicos, comp. inorgánicos

hongos eucariotas 2 - 200µ (-) comp. orgánicos

protozoarios eucariotas 2 - 200µ + comp. orgánicos

algas eucariotas 2 - 200µ (+) luz, comp. orgánicos

Microorganismos en suelo y sistemas acuosos

Microorganismos más importantes por hábitat

Factores que afectan el crecimiento y distribución de los microorganismos:- factores físicos- disponibilidad de nutrientes- características de los propios microorganismos - interacciones con otros microorganismos- interacciones con otros organismos superiores: plantas, animales

Los microorganismos en la naturaleza

Se encuentran en todos los ambientes

TerrestresAcuáticos Atmosfera

Funciones generales de los microorganismos en el ecosistema

Transformación de nutrientes: Descomponen materia orgánica. Modifican sustancias para que otros

organismos las puedan utilizar (Biorremediación).

Son fuente de energía y de nutrientes para otros organismos (Quimiohetrótrofos).

Modifican el estado de algunos compuestos importantes que pasan de una fase a otra (ej: gaseosa a acuosa)

Interacciones con otros organismos: Producen compuestos inhibidores o

promotores del crecimiento Compiten por nutrientes

MICROORGANISMOS DEL SUELO

Composición físico-química del suelo

Horizontes del suelo

Horizonte A: Capa superior del suelo La región más superficial y de

mayor actividad física química y biológica.

Contiene la mayor parte del material orgánico del suelo, vivo o muerto:

Grandes cantidades de partes de plantas y hojas muertas.

Insectos y otros artrópodos pequeños.

Lombrices de tierra.

Organismos descomponedores.

Nemátodos.

Suelo: Horizonte A

Rocas, silicatos

Desechos orgánicos

O2, NH3, CH4, H2S

Lluvia •Inorgánicos granulados.

•Residuos orgánicos, humus.

•Agua (inundado, mojado).

•Gases (disueltos y difusos).

•Sistemas biológicos (raíces, insectos, microobios).

O2, N2, CO2

Capa de agua

En un gramo de suelo del horizante A pueden haber:

2500 millones de bacterias

+

medio millón de hongos

+

50 000 algas

+

30 000 protozoos

María Cecilia Arango Jaramillo

Horizonte B:

Región de acumulación

Contiene mucho menos material orgánico y está menos meteorizado que el horizonte superior.

Hay pocos microorganismos

Algunos materiales del horizonte A, llegan al B por filtración del agua a través del suelo:

Óxido de hierro.

Partículas arcillosas.

Pequeñas cantidades de material orgánico.

El horizonte B:

Horizonte B

Horizonte C:

Compuesto por rocas y minerales fragmentados y meteorizados de los cuales se ha formado el suelo verdadero de los horizontes superiores.

Los microorganismos son escasos.

Factores externos que determinan que un microorganismo sobreviva en un ambiente.

Disponibilidad de agua Nutrientes Concentración de oxígeno

Disponibilidad de agua Nutrientes Concentración de oxígeno

pH Temperatura Presión osmótica (Concentración

de sales, azúcares) Presión hidrostática Radiación

pH Temperatura Presión osmótica (Concentración

de sales, azúcares) Presión hidrostática Radiación

Interacciones con otros organismos– Positivas: simbiosis, mutualismo, sintrofismo, etc.– Negativas: competencia, antagonismo, predación, etc

4. Contaminación del suelo: Tóxicos. Inhibidores del crecimiento microbiano

2. Tratamiento del sueloLabranzas: Aereación/compactación, • Distribución de la materia orgánica.• Disponibilidad de agua.Aplicación de productos: • Naturales (abonos vegetales o animales) • AgroquímicosTipo y manejo de cultivo

1. Propiedades físicas y químicas del suelo: Disponibilidad de agua. Textura, Contenido de materia orgánica, etc.

3. Profundidad del perfil: determina nutrientes (materia orgánica y O2 )

Los microorganismos son indicadores de calidad de

suelo y de la sustentabilidad del manejo

Factores que afectan el número y

la diversidad de los organismos en

el suelo

Factores que afectan el número y

la diversidad de los organismos en

el suelo

• Fuente de Energía– luz (Fotótrofo)– química (Quimiótrofo).

• Fuente de Carbono– Comp. orgánicos (Organótrofo)– Comp. inorgánicos (Autótrofo).

• Fuente de Nitrógeno.• Fuente de Fósforo.• Fuente de Azufre.• Elementos minerales traza.• Vitaminas.

• Fuente de Energía– luz (Fotótrofo)– química (Quimiótrofo).

• Fuente de Carbono– Comp. orgánicos (Organótrofo)– Comp. inorgánicos (Autótrofo).

• Fuente de Nitrógeno.• Fuente de Fósforo.• Fuente de Azufre.• Elementos minerales traza.• Vitaminas.

Nutrientes necesarios para el crecimiento microbiano

El principal nutriente es la fuente de energía

En organismos quimioorganótrofos

(heterótrofos) la fuente de energía y de carbono son el mismo compuesto

Contribuyen a la formación de materia orgánica

la convierten en ácido

carbónico o ácidos orgánicos

disuelven rocas.

Controlan la disponibilidad de muchos nutrientes importantes para las plantas

Los microorganismos en el suelo

Hongos

Beneficio: Capturan nutrientes y los hacen disponibles. Pueden controlar hongos patógenos, nemátodos e insectos.Perjuicio: Patógenos

Dominantes en la superficie de ecosistemas terrestres. Constituyen del 70-80 % de la biomasa microbiana total del suelo, especialmente en suelos ricos

en materia orgánica, bien aireados y con pH ácidos

Función principal: Degradadores de polímeros vegetales (heterótrofos)

Función principal: Degradadores de polímeros vegetales (heterótrofos)

Características: No crecen en condiciones extremas pero las toleran. Alta capacidad de dispersión por la formación de esporas. Interacciones con las plantas.

Bacterias

Beneficio: Antagonistas de patógenos. Productores de promotores del crecimiento

vegetal. Responsables únicos de la fijación biológica

de nitrógeno gaseoso. Capturan nutrientes y los hacen disponibles. Pueden controlar hongos patógenos,

nemátodos e insectos.Perjuicio: Patógenos.

Importantes en suelo en cualquier condición

Funciones:- Recicladores de los principales elementos de la

naturaleza.- Productores primarios en ambientes extremos.

Funciones:- Recicladores de los principales elementos de la

naturaleza.- Productores primarios en ambientes extremos.

Características: Ubicuidad y diversidad metabólica: Sobreviven a escasez de nutrientes y

toleran tóxicos. Tamaño pequeño y generalmente

móviles Pueden adherirse a superficies Gran plasticidad genética y alta

velocidad de crecimiento para adaptarse a condiciones ambientales adversas.

Protozoarios

Se desarrollan en suelos con pH neutro y elevada humedad

Funciones principales: Predadores de bacterias, algas y otros protozoarios. Mineralizadores.

Funciones principales: Predadores de bacterias, algas y otros protozoarios. Mineralizadores.

Características: Diversidad en tamaño. Son Heterótrofos (algunos fotosintéticos), la mayoría requiere

oxígeno. No sobreviven a 50 ºC. Formas de resistencia (cistos) si hay escasez de nutrientes.

Implicancias de la predación de bacterias:• Recirculación de nutrientes: relación C:N mayor que en bacterias• No extinguen poblaciones bacterianas: crecimiento depende del Nº de bacterias:

ROL DE LOS MICROORGANISMOS EN EL SUELO

María Cecilia Arango Jaramillo

Mineralización de la materia orgánica

Descomposición de hojas (Sucesión)

Tiempo (las fases pueden ser simultáneas)

Hongos: glucófilos utilización de las sustancias hidrosolubles

Hongos celulolíticos: metabolismo de la celulosa

Hongos lignolíticos : degradación de la lignina

Bacterias: transforman residuos fúngicos y productos no consumidos por las hifas.

María Cecilia Arango Jaramillo

Protección de los microorganismos ante desequilibrios ambientales

Cuando se añade materia orgánica a los suelos agrícolas, las bacterias consumen todo el carbono disponible.

Consecuencia: rarefacción, e incluso desaparición de

los microorganismos.

Naturaleza

Sistemas de protección para los microorganismos sobrevivan

Estructuras de protección de los hongos

Esclerote: Esfera cuyo envoltorio externo está

constituido de hifas muertas de pared gruesa, y el centro de filamentos vivos ricos en reservas, en estado latente.

Clamidospora: Célula latente, con pared gruesa

y cuyo contenido es rico en reservas.

Clamidospora de Fusarium Aspergillus sclerotium

Estructuras de protección delas bacterias

Las (Gram+) forman endosporas.

Capaces de sobrevivir muchos años en condiciones

desfavorables.

Las Gram- están desprovistas de mecanismos de resistencia

Forman agregados biológicos cuando las condiciones son desfavorables

La actividad celular y las divisiones, se hacen más lentas.

Bacillus anthrascis

FACTORES LIMITANTES DEL CRECIMIENTO MICROBIANO

Existe competencia entre los microorganismos por utilización de los nutrientes orgánicos e inorgánicos.

En el suelo la materia orgánica fácilmente utilizable es reducida, lo que limita su velocidad de multiplicación.

1. Competencia entre los microorganismos

Al añadir al suelo materiales frescos, estiércol o desechos

vegetales

Al añadir al suelo materiales frescos, estiércol o desechos

vegetales

el número de

microorganismos aumenta rápidamente

los nutrientes se agotan

población de microorganismos

vuelva nivel anterior.

el número de

microorganismos aumenta rápidamente

los nutrientes se agotan

población de microorganismos

vuelva nivel anterior.

Los autótrofos no compiten por nutrientes orgánicos con otros microorganismos.

Sólo compiten por luz

Los autótrofos no compiten por nutrientes orgánicos con otros microorganismos.

Sólo compiten por luz

Nitrosomonas y Nitrosobacter

Su desarrollo está limitado por compuestos nitrogenados apropiados.

Nitrosomonas y Nitrosobacter

Su desarrollo está limitado por compuestos nitrogenados apropiados.

María Cecilia Arango Jaramillo

2. Oxígeno

Importante:

Microorganismos fijadores

de NITRÓGENO

El oxigeno es escencial

En suelos poco aireados hay competencia por el O2 disponible. Esto puede llevar a un descenso de la población de m.o. aerobios.

Consecuencia: Disminuye la fijación de nitrógeno y degradación de la materia orgánica.

Anaerobios facultativos

Presencia de oxígeno:

Degradación completa de polisacáridos, descomponiéndolo hasta CO2 y agua con alta liberación de energía

Ausencia de oxígeno:

Fermentación: degradación parcial de polisacáridos y poca liberación de energía

3. pH

4. Agua

Importante:

Potencial osmótico alto

(suelos salinizados)

DISPONIBILIDAD DE AGUA

Agua poco asequible a los m.o.

Consecuencia: Se inhibe el crecimiento de la mayoría de los m.o. y raíces.Solo sobreviven los halófilos

Exceso de agua (suelos inundados)

Produce pérdida de oxigeno en los capilares del suelo.

Consecuencia:

Disminuyen los microorganismos aerobios y aumentan los anaerobios