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Ecología microbiana
del suelo
MICROBIOLOGIA AGRICOLA Y
AMBIENTAL – 2012 -
Estudio de microorganismos como entidades de laboratorio
Ecología Microbiana
Ciclo del N, C, P, S - Interacciones planta-microorganismos
ECOLOGÍA MICROBIANA
Ciencia que explora las interrelaciones de
los microorganismos con el ambiente en que
se desarrollan
AMBIENTE
Conjunto de factores tanto abióticos (físicos y
químicos) como bióticos (biológicos) que
actúan sobre un ser vivo
Los microorganismos en la naturaleza
Desde hábitats adecuados para el crecimiento de organismos superiores hasta hábitats de condiciones
extremas. Habitan la superficie y el interior de los organismos
superiores.
Hábitats extremadamente diversos
Ambiente terrestre
SUELO
•Capa superficial de la tierra explorada por las
raíces de las plantas (Paul & Clark, 1989)
•Interacciones complejas entre el material original,
la topografía del terreno, el clima y seres vivos
Formación del suelo
•Crecimiento de cianobacterias, algas, líquenes o musgos•Crecimiento de bacterias quimioorganotróficas y hongos•Producción de ácido carbónico y ácidos orgánicos•Heladas y deshielos
•Desarrollo de plantas superiores•Desarrollo microbiano mas extenso•Filtración de agua
•Desarrollo de plantas y árboles de mayor tamaño•Animales del suelo•Movimientos de materiales al interior
•Formación de distintas capas•Aparición del suelo típico
Componentes del Suelo:
Componentes
Inorgánicos
(90-95%)
Arcillas (< 0,002 mm),
Limo (0,002-0,04 mm),
Arena (0,04-1 mm
Grava ( 1-3 mm).
Componentes
Orgánicos
(10-5%)
Materia orgánica
Restos aéreos de vegetales y raíces
bacterias, hongos
animales: insectos, ácaros, lombrices, etc
cuerpos muertos de estos organismo,
deyecciones de animales
Humus
H2O
Gases
Estructura del suelo: humus
El humus se combina con arcilla, arena y limo
= produce agregación
+ exopolosacaridos que producen las bacterias
+ hifas de los hongos.
Complejo húmico
arcilloso
Las bacterias se unen a las arcillas por puentes de cationes
Humus
-
-
-
-
-
-
Arcilla
-
-
-
-
-
-
Las arcillas y el humus tiene cargas superficiales negativas
+Ca+
+Ca+
+Ca+
+Mg+
+Mg+
+Ca+
+Mg+
+Ca+
+Mg+
Los cationes establecen puentes entre ellos
Estructura del suelo:
Combinación de componentes orgánicos e
inorgánicos: Microcolonias de
bacterias
Cuarzo
CuarzoCuarzo
Arcilla
Arcilla
Materia
orgánica
10 uM
Microagregado
de suelo
Microambientes
Poros: menores de 30 µm
microporos
retienen el agua por capilaridad.
Poros de tamaño mayor a 30-100 µm
macroporos
en general están llenos de aire, en ellos el agua desciende por gravedad.
La estructura del suelo determina la formación de poros
Los microorganismos participan en la formación de la estructura del suelo :
Los hongos con sus hifas, estabilizan agregados de mayor tamaño.
Las bacterias por los exopolisacáridos, los cuales interactúan con la arcillas y contribuyen a la formación de agregados pequeños.
Microorganismos en el suelo
Bacterias
Arcillas
Phyla bacteriana Porcentaje del total (%)a
Facilidad o dificultad relativa para el cultivob
Proteobacteria 40 ± 20 fácil
Acidobacteria 20 ± 12 difícil
Actinobacteria 13 ±12 fácil
Verrucomicrobia 7 ± 6 difícil
Bacteroidetes 5 ± 5 fácil
Chloroflexi 3 ± 3 difícil
Planctomycetes 2 ± 2 difícil
Gemmatimonadetes 2 ± 1 difícil
Firmicutes 2 ± 2 fácil
Otros 5 ± 2
Desconocidos 2 ± 2
a Basado en el análisis de 2920 clones de 21 muestras de suelos diferentesB Los phyla considerados de fácil cultivo son aquéllos que crecen en poco tiempo
(días a 2 semanas) en medio R2A agarizado. Los de cultivo difícil requieren medios
especiales y tiempos prolongados (semanas a meses), en muchos casos solamente
algunos pocos miembros pudieron ser aislados en cultivo. Fuente: Rainer M. 2009
Composición típica de la comunidad bacteriana del suelo
Un gramo de suelo seco contiene aprox.
107 bacterias 106 actinomicetes 105 hongos 105 protozoos 104 algas
La biomasa microbiana contiene cerca del 5% del nitrógeno orgánico del suelo y 3% del carbono del suelo
Su distribución es extremadamente heterogéneaEn espacio y tiempo
Cantidad de microorganismos en el suelo
FACTORES ABIENTALES QUE AFECTAN LA
DISTRIBUCIÓN DE LOS MICROORGANISMOS
EN EL SUELO
MICROORGANISMO
1. Materia
Orgánica
3. Oxígeno
6. Potencial
redox
2. Temperatura
4. Humedad5. pH
7. Actividades
antrópicas
(1) Presencia de materia orgánica
•Fuente de nutrientes y energía para los microorganismos.
•Cantidad de microorganismos proporcional a la profundidad del suelo, en relación directa con el menor contenido en MO.
• Mayor densidad en la RIZOSFERA.
• Manejos antropogénicos.
Materia Orgánica y profundidad del suelo
ProfundidadNúm
ero
de m
icro
orga
nism
os
Variación diurna de la temperatura del suelo según la profundidad
(2) Temperatura
0
100
200
300
Feb
Jul
Oct Nov
La temperatura del suelo, la profundidad en el perfil del suelo y la época del año
Dimensiones de la partícula
Concentraciones de O2 en %
Distancia (mm)
Distancia (mm)
(3) El Oxígeno del suelo
El contenido de O2 del suelo depende del contenido de agua.
El cambio de metabolismo aerobio a anaerobio se produce con concentraciones de O2 menores a 1%.
Óptimo para activ. microbiana= 60% capacidad de retención.
(4) Humedad
(5) pH
(6) Efecto de las actividades antrópicas: prácticas de manejo
La región de la interfase raíz-suelo.
Rizosfera
Donde está la mayor concentración de nutrientes orgánicos del suelo.
Donde encontramos la mayor concentración microbiana.
Cociente rizosférico:
Número de organismos en la rizosfera
Número de organismos en el suelo libre
RizosferaRizoplano Superficie de la raíz
Rizosfera Suelo hasta 3-5 mm desde la raíz
Endorizosfera Interior de la raíz
Endorhizosphere
Exudados
Compuestos orgánicos de la rizosfera
Cadenas de polisacáridos
+ arcillas y microorganismos
MUCIGEL
•Compuestos de bajo peso molecular (aminoácidos, azúcares, ácidos orgánicos, iones).•Difunden en forma pasiva a través de la m. plasmática.
Secreciones Productos de procesos metabólicos específicos (antibióticos, fitohormonas, nematicidas).
Mucílagos
Secreta sustancia carbonadasConsume O2
Absorbe aguaAbsorbe nutrientesSecreta H+ o OH-
Cambios que produce la planta en el suelo
POBLACION MICROBIANA DE LA RIZOSFERA ES DISTINTA A LA DEL SUELO LIBRE
Bacterias cultivables de la rizosfera
•Gram -: Pseudomonas y Achromobacter.
•Gram +: Bacillus y Arthrobacter.
•Fijadoras de nitrógeno: Rhizobium y Azospirillum
•Hongos
La planta regula el crecimiento de microorganismos en la rizosfera
El número más alto de m.o. está en el rizoplano, pero sólo el 10% está cubierto por bacterias
HONGOS BACTERIASPELOS RADICALES
Bacterias
Microorganismos en la rizosfera
Tabla 4. Abundancia relativa (porcentaje del recuento total) de
diferentes grupos de rizobacterias en raíces de cebada y trigo
Cebada Trigo
No
tratada
Esterilizada No
tratada
Esterilizada
Pseudomonas 34 53 46 52
enterobacterias - 16 4 23
Otras Gram
negativas
- 18 - 8
Coreniformes 61 13 50 15
Formadoras de
esporas
5 - - 2
Los datos corresponden al porcentaje del recuento total de
ufc/g de raíz
No tratada: población bacteriana de la rizosfera
Esterilizada: población bacteriana de la endorrizosfera.
Variación en la comunidad bacteriana según regiones de la rizosfera
Composición de la rizosfera de Lupinus
Distancia desde Microorganismos (103/g de suelo seco).
la raíz (mm). Bacterias Actinomicetes Hongos
____________________________________________________
0 159.000 46.700 355
0-3 49.000 15.500 176
3-6 38.000 11.400 170
9-12 37.400 11.800 130
15-18 34.170 10.100 117
>80 27.300 9.100 91
Microbiología de la rizosfera de Lupinus
Efecto de la especie vegetal sobre la composición de
la rizosfera:
ESPECIE No COLONIAS/GRAMO DE SUELO R/S
Rizosfera Suelo
______________________________________________________________________
__
Trifolium pratense 3.260,0 134,0 24
Avena sativa 1.090,0 184,0 6
Linum usitatissimum 1.015,0 185,0 5
Zea mays 614,0 184,0 3
Atriplex babingtonii 23,3 0,016 1.455
Ammophila arenaria 3,58 0,016 223
Agropyron junceum 3,56 0,016 222
____________________________________________________________
Coeficiente rizosférico según la especie vegetal
H2O
raíz
DINÁMICA EN LA INTERFASE RAÍZ-SUELO
Rizobacterias promotoras del crecimiento de las
plantas (PGPR)
Interacciones bacteria-planta en la rizosfera
•Benéfica
•Dañina
•Neutra
Simbiótica
De vida libre
Azotobacter, Azospirillum. Pseudomonas
• Indirecta: Producción de antibióticos, sideróforos y
cianuro.
• Directa: proveen a la planta con algún nutriente
(Fijación biológica del N, producción de sideróforos)
Estimulan la absorción de nutrientes
(liberación de ácidos o producción de fitohormonas)
PGPR promueven el crecimiento de las plantas:
Producción de antibióticos
Fuente: Nelson, 2004
Inhiben el desarrollo de Rhizoctonia solani
(damping off)
bacteria
Efecto de Pseudomonas sp. sobre Fusarium solani y F. oxysporum
León Mariana (2009)
Sideróforos (quelantes de metales_Fe)
Compuestos que forman complejos con metales y los mantienen en solución.
Directo: bacterias que producen gran cantidad de sideróforos secuestran todo el hierro disponible, la planta podría utilizar ese complejo.
Indirecto: bacterias que provocan una deficiencia de hierro que impide proliferar a los fitopatógenos, pero no se verían afectadas las plantas.
Sideróforos
• Indirecta: Producción de antibióticos, sideróforos y
cianuro.
• Directa: proveen a la planta con algún nutriente
(Fijación biológica del N, producción de sideróforos)
Estimulan la absorción de nutrientes
(liberación de ácidos o producción de fitohormonas)
PGPR promueven el crecimiento de las plantas:
Azospirillum sp.
Fijación no simbiótica de N2
Plantas de tomate inoculadas con Azospirillum brasilense
Azospirillum fija N2 y produce fitohormonas
Fijación no simbiótica de N2
Berti MF y col. (2008)
• Indirecta: Producción de antibióticos, sideróforos y
cianuro.
• Directa: proveen a la planta con algún nutriente
(Fijación biológica del N, producción de sideróforos)
Estimulan la absorción de nutrientes
(liberación de ácidos o producción de fitohormonas)
PGPR promueven el crecimiento de las plantas:
Géneros bacterianos que estimulan el crecimiento radical mediante la producción
de reguladores del crecimiento (fitohormonas)
Se han identificado bacterias que producen Auxinas (Pseudomonas fluorescens, Azospirillum sp. Azotobacter sp.), Giberelinas, (Azospirillum sp.), Citocininas (Pseudomonas, Azotobacter sp.)
Etileno (Pseudomonas putida, etc.).
Efecto de la inoculación de A. brasilense sobre la morfología de la raíz de sorgo
Bacterias que secretan ácidos, solubilizan los fosfatos del suelo, haciéndolos disponibles para la planta.
Bacterias solubilizadoras de fósforo
Halo de solubilización
Pseudomonas fluorescens Medio para solubilizadores de fósforo
Bibliografía
1. M. T. Madigan, J. M. Martinko, J. Parker. 8th. (2000 )
Brock Biology of Microorganisms.. Prentice Hall International, Inc.
1. Paul, E.A. 2007. Soil Microbiology, Ecology, and Biochemistry. Third Edition. Ed American Press, Elsevier, Burlington, USA. pp. 532.
2. Paul E. A., Clark, F. E. 1989. Soil Microbiology and Biochemistry. Ed Academic Press, Inc. San Diego, Ca.
3. SØrensen, J. 1997. The rhizosphere as a habitat for soil microorganisms. In Modern Soil Microbiology. Ed. Van Elsas, J.D., Trevors, J.T., Wellington, E.M.H. pp 21-45.
