TEÓRICO IV TEMARIO 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).

UNIDAD IV: ECOLOGIA MICROBIANA Relación de los microorganismos con el ambiente donde habitan: 1% materia viva 4% materia orgánica fracción abiótica (el hábitat): suelo partículas minerales (arena, limo, arcilla) agua y solutos gases (aire) compuestos orgánicos una fracción biótica (los componentes vivos): raíces fauna (detritívoros) microorganismos (descomponedores).

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 D V= 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. Influencia de la proximidad a las raíces sobre la abundancia de bacterias En relación con: Descripción 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 Presencia de raíces (Efecto rizosférico) Estructura de agregación Prácticas de manejo agrícola

Distribución de grupos microbianos en el perfil del suelo Horizonte cm Bacterias 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 10 C 50-100 463 10.000 197 1.850 Humedad del suelo y número de bacterias Humedad (%) % de la capacidad de campo Bacterias 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 25.280 84

Efecto de la materia orgánica sobre las bacterias Horizonte cm Materia orgánica (%) Bacterias aeróbicas (106/g) Bacterias anaeróbicas 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 C 48-80 0.80 6.0 0.01 Influencia del tipo de suelo y el número de microorganismos 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 Podzol arenoso 3.8 16.000 22.000 125.000

Estructura de un agregado de suelo y sedimentos

INTERACCIONES MICROBIANAS 1 - Sinergismos Comensalismo: 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.

Competencia: inter o intraespecífica 2 - Antagonismos Amensalismo Interacción 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 crecimiento Tolerancia a factores abióticos Tolerancia a fluctuaciones ambientales Capacidad de multiplicarse a bajas concentraciones de nutrientes limitantes Eficiencia en el uso de nutrientes limitantes Requerimientos 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).

MATERIA ORGÁNICA EFECTOS SOBRE EL SUELO: TIPOS DE MATERIA ORGÁNICA 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 FRESCA COMPUESTOS SIMPLES: HIDRATOS DE CARBONO. PEPTIDOS. AMINOÁCIDOS. Factores que afectan la proporción de los distintos componentes: Origen Especie Edad Estado fenológico Condiciones climáticas citoplasma COMPUESTOS POLIMERIZADOS: PROTEINAS. ÁCIDOS NUCLEICOS. ALMIDÓN. CELULOSA. HEMICELULOSAS. SUSTANCIAS PÉCTICAS. QUITINA. LIGNINA. TANINOS. citoplasma pared celular COMPUESTOS HIDROFOBOS: CERAS. GRASAS. CUTINA.

MATERIA ORGÁNICA FRESCA Composición química de distintos vegetales Constituyentes % de materia seca Centeno joven Alfalfa Acículas 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 Efecto de la edad en la composición química de la cebada

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

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 Estructura de la pectina 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 descomposición MO fresca 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 hemicelulosa b. ruptura de puentes H de la celulosa c. hidrólisis de los enlaces glicosídicos de la celulosa d. hidrólisis de la lignina e. 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: HUMUS ÁCIDOS FÚLVICOS: poco polimerizado peso molecular: 1.000 - 30.000. ÁCIDOS HÚMICOS: muy polimerizados peso molecular: 10.000-100.000.000, con melaninas RADICALES: - Carboxilos. - Fenoles. - Alcoholes. - Metoxilos. - Carbonilos. - Aminas. NÚCLEOS: - Bencenos. - Pirroles (con N).

RELACIÓN HUMUS ARCILLAS-CATIONES - Agregación. - Retención de agua. - Aireación. - Estructura. - Capacidad de intercambio catiónico. - Reserva de nutrientes. - Regulación de pH.

Sucesiones microbianas de la descomposición RESIDUO ORGÁNICO POLÍMEROS (Proteínas – Celulosa Lignina) MONÓMEROS (Glucosa Ácidos orgánicos O 2 SO 4 - NO 3 CO + H2O SH N Fauna Hongos Respiración Fermentación Oxidaciones incompletas MINERALIZACIÓN HUMUS Humificación Volatilización Mineralización NH HPO Oxidación i norgánica Asimilación Acidificación Solubilización

BALANCE MINERALIZACIÓN - HUMIFICACIÓN CO2 M. O. FRESCA 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