Post on 03-Jan-2016
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TEÓRICO IV
UNIDAD IV: Ecología microbiana del suelo. Distribución de los microorganismos. Interacciones biológicas entre microorganismos y microorganismos-planta. Efecto rizosférico. UNIDAD V: Degradación de compuestos orgánicos en el suelo. Tipo de materia orgánica. Sucesiones microbianas de la descomposición. Balance humificación y deshumificación. Tasa de descomposición (k).
TEMARIO
UNIDAD IV: ECOLOGIA MICROBIANA
Relación de los microorganismos con el ambiente donde habitan:
1) fracción abiótica (el hábitat): suelo
• partículas minerales
(arena, limo, arcilla)
• agua y solutos
• gases (aire)
• compuestos orgánicos
2) una fracción biótica (los componentes vivos):
• raíces
• fauna (detritívoros)
• microorganismos (descomponedores).
1% materia viva4% materia orgánica
ESTAMENTO DESCOMPONEDORES
BIOMASA MICROBIANA DEL SUELO
P= V x D= 10-12 cm3 x 1.5g/cm3 = 1.5 x10-12 g
Bacterias/g suelo = 109
Biomasa de bacterias/g suelo = 109 x 1.5 x10-12 g = 1.5 x10-3 g
Biomasa por Ha Peso de 1 Ha = V x DV= 10.000 m2 x 0.2m = 2.000 m3
Densidad del suelo = 1 gr/cm3 P = 2.000 m3 x 1.000 Kg/m3 = 2 x106 Kg Biomasa de bacterias por Ha = 2x106 Kg x 1.5x10-3 Kg = 3.000 Kg/Ha
DISTRIBUCIÓN DE LOS MICROORGANISMOS EN EL SUELO
Alta variabilidad espacial.
Alta variabilidad temporal.
En relación con:
Presencia de raícesDescripción de la muestra Bacterias
(millones/g)
Suelo distante 15 cm 14.2
Suelo distante 0-15 cm 25.4
Suelo junto a raíces 122.0
Material superficial de la raíz 1315.6
(Efecto rizosférico)
Estructura de agregación
Prácticas de manejo agrícola
Influencia de la proximidad a las raíces sobre la abundancia de bacterias
Distribución de grupos microbianos en el perfil del suelo
Horizonte cmBacterias aeróbicas
Bacterias anaeróbicas
Actinomycetes Hongos Algas Protozoos
A0 0-10 1.116.915 1.000 11.335 303.000 500 640
A1 10-12 1.111.000 70.000 16.000 165.000 5.000 320
A2 12-20 317.640 181.000 11.950 77.500 100 40
B 20-40 19.750 700.000 7.250 14.740 100 10
C 50-100 463 10.000 197 1.850 0 0
Humedad (%)% de la capacidad de
campoBacterias totales
(miles/g)% relativo a la
microflora total
6.5 30 9.980 33
10.0 50 11.890 40
16.1 65 16.140 55
17.4 70 29.960 100
21.7 100 25.280 84
Humedad del suelo y número de bacterias
Horizonte cmMateria orgánica
(%)
Bacterias aeróbicas
(106/g)
Bacterias anaeróbicas
(106/g)
A0 0-6 8.00 149.2 1.0
A1 6-12 3.11 131.8 1.8
B1 12-24 2.41 108.3 10.0
B2 28-48 1.70 45.3 1.0
C 48-80 0.80 6.0 0.01
Efecto de la materia orgánica sobre las bacterias
Suelo pH Bacterias Actinomycetes Hongos
Gris margoso 7.8 18.209 2.230.250 36.000
Pardo arcilloso 7.6 2.230.000 1.700.000 59.000
Arcilloso rojo 6.4 1.650.000 245.000 74.500
Suelo tropical 4.4 127.000 75.000 245.000
Podzol arenoso 3.8 16.000 22.000 125.000
Influencia del tipo de suelo y el número de microorganismos
Agregado cerrado
Agregado abierto
Metabolismos anaeróbicos
Metabolismos aeróbicos
Metabolismos aeróbicos
O2Materia
orgánica
Partículas minerales
Hifa de hongo
BacteriaMetabolismos aeróbicos
Estructura de un agregado de suelo y sedimentos
INTERACCIONES MICROBIANAS
1 - SinergismosComensalismo: El comensalismo es una forma de interacción biológica en la que uno de los intervinientes obtiene un beneficio, mientras que el otro no se ve ni perjudicado ni beneficiado
• Remoción de sustratos.• Liberación de sustancias bióticas: AA, Vitaminas, bases.• Remoción de inhibidores: destrucción de toxinas, reducción de presión osmótica, variación de O2 y pH.• Protección ,albergue y superficies adecuadas.
Mutualismo: El mutualismo es una interacción biológica, entre individuos de diferentes especies, en donde ambos se benefician y mejoran su aptitud biológica.
Síntesis y degradación de moléculas.
Simbiosis: simbiosis se aplica a la interacción biológica, a la relación estrecha y persistente entre organismos de distintas especies.
Hábitat, nutricional, no casual, específica.
MUTUALISMO: Azospirillum
REFERENCIAS
Azospirillum lipoferum
A y C cultivados en medio líquido
B y D cultivados en medio sólido
F: flagelo polar
L: flagelos laterales
MUTUALISMO: Azospirillum
SIMBIOSIS: Rhizobium
Imagen de microscopio en la que se observa a la bacteria 'Rhizobium' colonizando la raíz del trébol.
2 - Antagonismos
AmensalismoInteracción biológica que se produce cuando un organismo se ve perjudicado en la relación y el otro no experimenta ninguna alteración, es decir, la relación le resulta neutra. Una especie produce sustancias: • Inhibidoras (microbiostáticas)• Tóxicas (microbiocidas) baja especificidad (ácidos inorgánicos y
orgánicos, alcoholes, etc)
alta especificidad (antibióticos)
Competencia: inter o intraespecífica
La capacidad de un organismo para competir depende de:Alta velocidad de crecimientoTolerancia a factores abióticosTolerancia a fluctuaciones ambientalesCapacidad de multiplicarse a bajas concentraciones de nutrientes limitantesEficiencia en el uso de nutrientes limitantesRequerimientos de factores de crecimiento (protótrofo aventaja a auxótrofo)Capacidad de sintetizar y almacenar sustancias de reserva.Capacidad de trasladarse a lugar con mejor disponibilidad del nutriente limitante
Parasitismo
Predación
Parásito: organismo que se nutre a partir de células, tejidos o fluidos de otro organismo denominado hospedante Parásitos facultativos
obligados
Parásitos endoparásitos (bacteriófagos)
ectoparásitos (poco frecuente entre microorganismos)
El periodo de contacto entre los organismos es corto y la presa normalmente es muerta y digerida rápidamente. El predator normalmente es de vida libre, de mayor tamaño que la presa y de menor especificidad en sus hábitos alimenticios.Relación entre número de presas y energía de captura (los protozoos consumen bacterias si están próximas, de manera tal que la energía ganada en la predación sea mayor que la necesaria para predarlas).
EFECTOS SOBRE EL SUELO:
Retención de agua.
Aireación.
Agregación.
Estructura.
Reserva de nutrientes.
Regulación de pH.
MATERIA ORGÁNICA
TIPOS DE MATERIA ORGÁNICA
M.O. fresca: restos orgánicos que por su tamaño y estado de conservación se identifica su estructura y origen.
M.O. en descomposición o no humificada: compuestos orgánicos solubles y de bajo peso molecular originados de la degradación de la MO fresca.
M.O. nativa o humus: se sintetiza en el suelo a partir de los productos resistentes a la degradación de la MO fresca.
MATERIA ORGÁNICA FRESCACOMPUESTOS SIMPLES:
COMPUESTOS POLIMERIZADOS:
COMPUESTOS HIDROFOBOS:
HIDRATOS DE CARBONO. PEPTIDOS. AMINOÁCIDOS.
PROTEINAS. ÁCIDOS NUCLEICOS. ALMIDÓN. CELULOSA. HEMICELULOSAS. SUSTANCIAS PÉCTICAS. QUITINA. LIGNINA. TANINOS.
CERAS. GRASAS. CUTINA.
citoplasma
citoplasma
pared celular
Factores que afectan la proporción de los distintos componentes:
Origen
Especie
Edad
Estado fenológico
Condiciones climáticas
Constituyentes% de materia seca
Centeno joven
AlfalfaAcículas de
pino
Grasas y ceras 2.35 10.41 23.92
Solubles en agua 29.54 17.24 7.29
Hemicelulosas 12.67 13.14 19.98
Celulosa 17.84 23.65 16.43
Lignina 10.61 8.95 22.68
Proteínas 12.26 12.81 2.19
Cenizas 12.55 10.30 2.51
Composición química de distintos vegetales
Efecto de la edad en la composición química de la cebada
MATERIA ORGÁNICA FRESCA
DESCOMPOSICIÓN DE COMPUESTOS POLIMERIZADOS
ENZIMAS:
EXTRACELULARES.
ADSORBIBLES POR ARCILLAS y ÁCIDOS HÚMICOS.
FACILMENTE DEGRADABLES.
FACILIDAD DE DESCOMPOSICION:
TIPO DE ENLACE ENTRE MONOMEROS
TIPO DE ENLACE ENTRE C.
COSTO-BENEFICIO PARA EL MICROORGANISMO.
DESCOMPOSICIÓN DE COMPUESTOS POLIMERIZADOS
PROTEÍNAS
Aminoácido alifático
Aminoácido aromático
Aminoácido azufrado
Enlace peptídico
Enlace puente disulfuro
ALMIDÓN
ORGANISMOS AMILOLÍTICOS: MUY DIVERSOS Y ABUNDANTES.
- BACTERIAS (con o sin esporas, aerobias y anaerobias, Gram + o -) - HONGOS. - ACTINOMICETES.
ENZIMAS: AMILASAS: amilosas Enlace glicosídico α 1-4. GLUCOSIDASAS: amilopectinas Enlace glicosídico α 1-6.
Enlace glicosídico α1-6
Enlace glicosídico α1-4 Amilopectina
Enlace glicosídico α 1-4
Amilosa
ESTRUCTURA DE LA PARED CELULAR DE LAS PLANTAS
CELULOSA
ORGANISMOS CELULOLÍTICOS:
- HONGOS (muy abundantes). - ACTINOMICETES. - BACTERIAS (muy específicas: aerobias (Mixobacterias. anaerobias (Clostridium). ENZIMAS: CELULASAS
FIBRA DE CELULOSA
HEMICELULOSAS
MICROORGANISMOS:
- BACTERIAS (específicas). - HONGOS Y ACTINOMICETES (muy abundantes).
ENZIMAS: AMILASAS (ENLACE GLICOSÍDICO α 1-4)
DESCOMPOSICIÓN DE COMPUESTOS POLIMERIZADOS
SUSTANCIAS PÉCTICAS
ORGANISMOS PECTINOLÍTICOS:
- BACTERIAS (especialmente las patógenas y simbióticas). - HONGOS (patógenos y degradadores primarios). - ACTINOMICETES.
Estructura de la pectina
UNIDAD ESTRUCTURAL: ácido galacturónico ENLACE GLICOSÍDICO α 1-4
QUITINA
UNIDAD ESTRUCTURAL: acetilglucosamina ENLACE GLICOSÍDICO β 1-4
ENZIMA: QUITINASA (poco común en la naturaleza)
MUREINA
ENLACE GLICOSÍDICO β 1-4
(degradación lenta)
ENLACE PEPTÍDICO
(degradación rápida)
LIGNINA
MICROORGANISMOS: - BACTERIAS (especialmente las patógenas y simbióticas). - HONGOS (patógenos y degradadores primarios). - ACTINOMICETES.ENZIMAS: HIDRÓLISIS DE ANILLOS AROMÁTICOS (acción rápida)
RUPTURA DE ENLACES (acción rápida). RUPTURA DE ANILLOS (acción lenta).
Sucesión microbiana de la descomposiciónMO fresca
1. UTILIZACIÓN DE COMPUESTOS SOLUBLES DE LA MO. FRESCA
fauna detritívora hongos pectinolíticos microorganismos aeróbicos y hongos sacarolíticos
2. DEGRADACIÓN DE POLÍMEROS (pared celular y citoplasma)a. degradación de la hemicelulosab. ruptura de puentes H de la celulosac. hidrólisis de los enlaces glicosídicos de la celulosad. hidrólisis de la ligninae. hidrólisis de polímeros citoplasmáticos
3. DEGRADACIÓN DE MONÓMEROS EN EL SUELO (MO no humificada)microorganismos aeróbicos (agregados)
microorganismos fermentadores
4. DEGRADACIÓN DE COMPUESTOS RECALCITRANTE (MO nativa)
Disminuye la concentración de O2
M.O. NATIVA: HUMUSÁCIDOS FÚLVICOS: poco polimerizado peso molecular: 1.000 - 30.000.
ÁCIDOS HÚMICOS: muy polimerizados peso molecular: 10.000-100.000.000, con melaninas
NÚCLEOS:
- Bencenos.- Pirroles
(con N).
RADICALES:
- Carboxilos.- Fenoles.- Alcoholes.- Metoxilos.- Carbonilos.- Aminas.
- Agregación.- Retención de agua.- Aireación.- Estructura.- Capacidad de intercambio
catiónico.- Reserva de nutrientes.- Regulación de pH.
RELACIÓN HUMUS ARCILLAS-CATIONES
M Metal
Fenol
Arcilla
Sucesiones microbianas de la descomposición
RESIDUO ORGÁNICO
POLÍMEROS(Proteínas – Celulosa – Lignina)
MONÓMEROS(Glucosa – Ácidos orgánicos
O2 SO4-2 NO3
-
CO2
+ H2O
SH2N2O
FaunaHongos
RespiraciónFermentaciónOxidaciones incompletas
MIN
ER
AL
IZA
CIÓ
NHUMUS
Humificación
Volatilización N2
Mineralización
NH4+
NO3-
SH+ HPO4-2
SO4-2
Oxidacióninorgánica
Asimilación
Acidificación
Solubilización
BALANCE MINERALIZACIÓN - HUMIFICACIÓN
M. O. FRESCA
CO2
HUMUS
ÍNDICE DE MINERALIZACIÓN DEL C = CO2/MO(< 1 humificación, >1 deshumificación).
ÍNDICE DE HUMIFICACIÓN = ÁCIDOS HÚMICOS/MO
TIPO DE HUMUS = ÁCIDOS HÚMICOS/ÁCIDOS FÚLVICOS
FACTORES QUE REGULAN EL BALANCE MINERALIZACIÓN - HUMIFICACIÓN
Clima.
Cantidad de residuo.
Tipo de residuo: cosechas, malezas, verdeos.
Composición química de lo residuos.
Época de deposición.
Manejo: - Tala. - Desmonte. - Sobrepastoreo. - Laboreo. - Fertilización. - Fuego.
VELOCIDAD DE DESCOMPOSICIÓN
0 3 6 9 120
20
40
60
80
100
120
meses
pes
o re
man
ente
(%
)