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    Tema 44.2. pdf Tema 44.2. pdf Presentation Transcript

    • Tema 44. Distribución de los microorganismos en la naturaleza 4. 4 Los diferentes ecosistemas microbianos 5. Microbiología del agua 5.1. El agua como hábitat 5.2. Ecosistemas marinos: los microorganismos en hábitat marino 5.3. Ambientes de agua dulce: Los microorganismo de agua dulce 6. Microbiología del suelo g 6.1. El suelo como hábitat microbiano 6.2. Importancia de los microorganismos del suelo 62 I t i d l i i d l l 7. Plantas como hábitat microbiano: asociaciones de microorganismos 7.1 Asociaciones en la filosfera 7.2 Asociaciones en la rizosfera
    • Tema 44. Distribución de los microorganismos en la naturaleza 4. Los diferentes ecosistemas microbianos • Definición de ecosistema: Comunidades de organismos y sus ambientes físicos y  químicos, que funcionan como unidades autorreguladas  químicos que funcionan como unidades autorreguladas Ejemplo de un ecosistema sencillo  Alga rodeada de quimioheterotrofos g q • Ecosistemas Agua Suelo Plantas
    • Tema 44. Distribución de los microorganismos en la naturaleza Elementos básicos de los ecosistemas: Autótrofos: utilizan la luz para transformar los compuestos inorgánicos en orgánicos. Heterótrofos : utilizan los compuestos orgánicos producidos por los autótrofos y son: - Consumidores: consumen tejidos vivos. - Descomponedores: consumen o degradan materia orgánica muerta a c. inorgánicos (mineralización). Elemento abiótico: hábitat, materia orgánica disuelta. Elemento autorregulador: intensidad de luz (va a condicionar el crecimiento de los organismos implicados) implicados). Elemento abiótico Autótrofos Heterótrofos
    • Tema 44. Distribución de los microorganismos en la naturaleza Funciones de los microorganismos en los ecosistemas: • Contribuyen a la síntesis de la materia orgánica • Descomponen la materia orgánica • Son fuentes de nutrientes para otros organismos • Modifican los sustratos y los nutrientes • Solubilizan nutrientes • Producen sustancias inhibidoras • Contribuyen al funcionamiento de plantas y animales
    • Tema 44. Distribución de los microorganismos en la naturaleza 5. Microbiología del agua 5.1. El agua como hábitat De toda el agua terrestre, el 97% es de origen marino. La mayor p y parte de esta agua tiene una g temperatura de 2 o 3 ºC y carece de luz; el 62% esta sometida a una presión atmosférica elevada. * Las diferencias de presión influyen sobre muchos p procesos biológicos, como división celular, g ensamblaje de flagelos, replicación del DNA…
    • Tema 44. Distribución de los microorganismos en la naturaleza Las aguas dulces, aunque constituyen una pequeña parte de toda el agua del planeta, son muy importantes como fuente de agua potable. • Un factor importante en los medios acuáticos es el flujo de materiales, ya sean en forma de gas, sólido o en disolución, que provoca cambios en sus concentraciones • La mezcla y el flujo de los nutrientes, O2 y productos residuales que se producen en los medios de agua dulce y marino, son los factores dominantes que controlan l comunidad microbiana. d i t t l la id d i bi • Los gases y los residuos solubles producidos, por los microorganismos en estas zonas marinas profundas pueden desplazarse hacia aguas mas superficiales y estimular la actividad de otros grupos microbianos. • La distancia a la que se encuentran los microorganismos respecto a una burbuja o superficie de agua limita significativamente la disponibilidad de oxígeno
    • Tema 44. Distribución de los microorganismos en la naturaleza • La solubilidad del oxígeno se reduce a altas temperaturas y a bajas presiones. Debido a esta limitada solubilidad y baja difusión del oxigeno en el agua, el oxigeno p puede ser utilizado p los por microorganismos aerobios tan rápidamente que se consuma totalmente, totalmente lo q puede desencadenar zonas hipóxicas o anóxicas en dichos ambientes.
    • Tema 44. Distribución de los microorganismos en la naturaleza El segundo gas mas importante en el agua es el CO2 Tiene papeles muy importantes en los p procesos q químicos y biológicos: g El equilibrio entre dióxido de carbono, bicarbonato carbono bicarbonato, y carbonato puede controlar el pH en aguas a o guadas débilmente por el amortiguadas déb e e o, po e contrario es este equilibrio el que es controlado por el propio pH de las aguas fuertemente amortiguadas Se S estima también una gran cantidad de C orgánico disuelto. é á
    • Tema 44. Distribución de los microorganismos en la naturaleza • Niveles altos de nutrientes se encuentran por ejemplo en ambientes contaminados y en plantas de tratamiento de residuos (eutróficos). Los medios en los que los ( ) q nutrientes son bajos se llaman oligotróficos Las tasas de recambio también pueden variar, tardando hasta miles de años el recambio para el procesamiento de nutrientes en aguas marinas. Por el contrario ocurre rápidamente en marismas y estuarios, donde no , encontramos comunidades de microorganismos diversas y complejas, rápidamente respondedoras.
    • Tema 44. Distribución de los microorganismos en la naturaleza • Parte de los medios marinos se encuentran cubiertos de agua helada, donde crecen y se multiplican en la interfase entre hielo y el agua helada. • Los amientes acuáticos son muy variados, tanto en superficie como volumen. Se encuentran en localizaciones tan diversas como en el cuerpo humano; bebidas; y en los lugares usuales como ríos, lagos y océanos. océanos • También se encuentran en zonas saturadas con agua, que normalmente consideraríamos como suelos. l t id í l
    • Tema 44. Distribución de los microorganismos en la naturaleza 5.2. Microorganismos en el hábitat marino: Ecosistemas marinos Organismos en profundidades adaptados a: - Bajas temperaturas (3-5 ºC) - Altas presiones - Concentraciones de nutrientes muy pequeñas Adaptados a temperaturas: Productores y utilizadores de metano (Arqueas) Adaptados a presiones: - Barotolerantes: crecen entre 0 – 400 atm - Barófilos: crecen presiones altas · Moderados: por encima de 400 atm (1 atm) · Extremas: sólo por encima de 400 atm
    • Tema 44. Distribución de los microorganismos en la naturaleza A nivel nutritivo: e ut t o Pueden resultar limitantes: N, P, Fe Microorganismos influyen en ciclo global del C Ciclos de nutrientes hasta 300 m (luz) crecimiento fitoplancton + de 300 m microorganismos oligotróficos Zonas próximas a la orilla: Más fértil que aguas de mar abierto (nutrientes) Poblaciones + densas de microorgismos fototróficos g Alimenta + bacterias quimiotróficas y animales acuáticos
    • Tema 44. Distribución de los microorganismos en la naturaleza Bahías y masas interiores: + cantidad nutrientes (residuos i d t i l ) tid d t i t ( id industriales) + cantidad tid d fitoplancton y bacterias Contaminación aguas marinas someras: - Anóxicas: bacterias agoten O2 - Tóxicas: producción H2S ( p (bacterias sulfato reductoras)) Microorganismos también son afectados por el aire: g p Desplazamiento de materiales (suelo) y derivados (industria) afecta crecimiento fitoplancton Parte de los medios marinos: Cubiertos por agua helada permite desarrollo microorganismos
    • Tema 44. Distribución de los microorganismos en la naturaleza 5.3. Ambientes de agua dulce: Los microorganismo de agua dulce g g g Ambientes típicos: -Lagos -Estanques -Ríos -Manantiales
    • Tema 44. Distribución de los microorganismos en la naturaleza 5.3. Ambientes de agua dulce: Los microorganismo de agua dulce g g g • Zonas con oxígeno: - Cianobacterias y algas • Zonas anoxigénicas: - Bacterias f fotótrofas anoxigénicas f Actividad microbiológica del ecosistema acuático depende de la tasa de producción primaria que hacen los org. fototrofos. Los fototrofos oxigenicos Material orgánico y oxígeno.
    • Tema 44. Distribución de los microorganismos en la naturaleza 5.3.1 531 Lagos • Oligotróficos o pobres en nutrientes (aeróbicos a lo largo del año y sin estratificación clara) • Eutróficos o ricos en nutrientes (estratificados, la capa superior es ( t tifi d l i aeróbica y la profunda anaeróbica) Lago eutrofico Lago oligotrofico
    • Tema 44. Distribución de los microorganismos en la naturaleza Adición de compuestos de N y P • Ci Cianobacterias acumulan nutrientes: b t i l ti t • Anabaena, Nostoc y Cylindrospermum, fijan más N en condiciones aeróbicas aeróbicas. • Oscillatoria fijan N en condiciones anaeróbicas. • Cianobacterias actúan mejor a pH alto (8 5-9) y 30- (8,5 9) 30 35ºC. Con CO2, aumentan el pH Medio menos adecuado para algas eucariotas. • Algas prefieren pH más neutro y una temperatura de crecimiento inferior. • Ci Cianobacterias y algas cotribuyen a un crecimiento b t i l t ib i i t masivo en lagos muy eutrofizados, hasta que los nutrientes se pierdan finalmente. finalmente
    • Tema 44. Distribución de los microorganismos en la naturaleza • En lagos y estanques aparece una estratificación. g q p Se caracteriza por la aparición de microorganismos diferentes en cada capa. g p • La estratificación explica la diversidad microbiana. Depende de: - La concentración de nutrientes, - Las transisciones de zonas aérobicas a anaeróbica - La penetración de la luz
    • Tema 44. Distribución de los microorganismos en la naturaleza 1. 1 ZONA LITORAL: L solar h t el f d LITORAL Luz l hasta l fondo. 2. ZONA LIMNETICA: Zona bien iluminada por el sol, sin llegar al fondo Aparecen algas cianobacterias y del fondo. algas, tipo de Pseudomonas.(también en litoral). 3. 3 ZONA PROFUNDA: Bacterias purpureas y verdes (absorben la luz a longitudes de onda que no son filtradas por los microorganismo fototrofos oxigénicos) p g g ) Concentración de oxígeno baja. 4. ZONA DE SEDIMENTOS O BENTÓNICA: Paran los restos de microorganismos, plantas y animales muertos. Microorganismos predominantes Productores secundarios dependientes de la existencia de compuestos orgáncios en capas superiores (bacterias anaeróbica no fotosintéticas y las arqueas metanógenas y sulfatoreductoras)
    • Energía solar Algas, cyano‐ bacteria Zona litoral Zona litoral Zona limnetica Zona limnetica Pseudomonas, Caulobacter, Hyphomicrobium Zona profundaCytophaga Zona bentónica Bacterias verdes y  rojas  fotosintéticas Desulfovibrio, Metanógenos Clostridium
    • Tema 44. Distribución de los microorganismos en la naturaleza 5.3.2. 5 3 2 Arroyos y Ríos • Movimiento horizontal de las aguas • Biomasa funcional está adherida a la superficie. Dependiendo del tamaño del río o arroyo la fuente de arroyo, los nutrientes: -Puede ser del propio río (microorg Fotosintéticos) Puede (microorg. Fotosintéticos). -Puede proceder del exterior (Hojas…). • L microorganismos quimioorganotrofos metabolizan el Los i i i i t f t b li l material orgánico disponible aportan una base energética al ecosistema.
    • Tema 44. Distribución de los microorganismos en la naturaleza Exceso de materia orgánica al agua g g • El agua puede volverse anaeróbica. • El vertido de aguas residuales fuente puntual de contaminación. contaminación • C Cuando l cantidad d materia orgánica d ñi no es d la tid d de t i á i dañina excesiva, las algas crecerán usando minerales liberados por la materia orgánica, aumentando la producción de O2 orgánica O2. Ejemplo: La extracción de silicio de los ríos causa ríos, alteraciones ecológicas importantes (inhibe crecimiento de diatomeas ya que se altera la p p y q proporción entre silicio y nitrato y las diatomeas no pueden crecer ni inmovilizar nutrientes).
    • Tema 44. Distribución de los microorganismos en la naturaleza
    • Tema 44. Distribución de los microorganismos en la naturaleza 2.3.3 Aguas dulces heladas g • Lagos congelados con sedimentos depositados por el viento. • El deshielo en estas zonas con sedimentos proporciona una oportunidad para el crecimiento microbiano. • Se estudia los microorganismos en este habitat ya que se espera que sea posible identificar comunidades microbianas de la época de su formación. formación
    • Tema 44. Distribución de los microorganismos en la naturaleza 6. Microbiología del suelo 6.1. 6 1 El suelo como hábitat microbiano l hábit t i bi En ambientes terrestres los microorganismos pueden contribuir: -Formación y mantenimiento de los suelos. -Degradación y desaparición de los mismos. En las plantas, los microorganismos pueden actuar como: -comensales (normalmente) -parásitos -asociaciones simbióticas (es el caso de Rhizobium)
    • Tema 44. Distribución de los microorganismos en la naturaleza Componentes del suelo El suelo: parte más externa de la corteza terrestre p Composición: p Componentes orgánicos Componentes inorgánicos Materia orgánica: resultado de la actividad g de los distintos seres vivos del suelo. Humus: P ió d materia orgánica que h H Porción de t i á i ha sido transformada
    • Tema 44. Distribución de los microorganismos en la naturaleza Estratos u horizontes del suelo: • Horizonte O: primeros cm del O suelo l A • Horizonte A: rico en materia B orgánica • Horizonte B: elementos minerales finos C • Horizonte C: fragmentos de la roca madre D • Horizonte D: roca madre Rizosfera: zona del suelo bajo la influencia de un sistema de raices
    • Tema 44. Distribución de los microorganismos en la naturaleza • CARÁCTERISTICAS importantes del suelo: A) Disponibilidad de agua. Su presencia depende de Composición del suelo. De la lluvia. Del drenaje. De la cubierta vegetal. El agua del suelo contiene diversos materiales disueltos SOLUCIÓN DEL SUELO. En terrenos drenados alta concentración. B) Presencia de oxígeno En suelos encharcados baja concentración (disuelto en agua). C) Nutrientes. Son muy abundantes en la rizosfera abundante vida microbiana
    • Tema 44. Distribución de los microorganismos en la naturaleza 6.2. Importancia de los microorganismos del suelo DEFINICIÓN: - Son los componentes más importantes del suelo. l -C Constituyen su parte viva. tit t i - S los responsables de la dinámica de Son l bl d l di á i d transformación y desarrollo.
    • Tema 44. Distribución de los microorganismos en la naturaleza 6.2. Importancia de los microorganismos del suelo APLICACIONES. APLICACIONES -Cultivos bajo plástico: Anulamos muchos de estos microorganismos, que estaban de forma natural en el suelo. TIPOS DE MICROORGANISMOS DEL SUELO: - Bacterias. - Actinomicetos. - Hongos Hongos. Beneficiosos - Algas - Protozoarios. Un suelo fértil es aquel que contiene una reserva adecuada de elementos nutritivos disponibles p p para la pplanta, o una p , población microbiana q libere nutrientes q que que permitan un buen desarrollo vegetal. Ejemplo: En un bosque quemado mueren tanto la vegetación como el suelo el cual tarda suelo, mucho tiempo de recuperarse.
    • Tema 44. Distribución de los microorganismos en la naturaleza 6.2. Importancia de los microorganismos del suelo MICROORGANISMOS. ESTRATEGIAS DE FUNCIONAMIENTO. 1) Bacterias: - Localización: superficie de las particulas del suelo. suelo - Necesidades: agua y nutrientes cercanos. - Protección ante protozoos: se introducen en poros o granos de arena y materia orgánica. - Suelen formar microcolonias. 2) Hongos: - Localización: crecen sobre y entre los agregados de partículas del suelo. - Necesidades: creación de puentes entre las partículas del suelo para estar más expuestos al oxígeno.
    • Tema 44. Distribución de los microorganismos en la naturaleza 6.2. Importancia de los microorganismos del suelo FUNCIONES IMPORTANTES QUE CUMPLEN EN EL SUELO. - Descomposición de la materia orgánica y reciclado de los nutrientes: Hongos y bacterias descomponen la materia orgánica compleja. Hongos degradan los restos vegetales (celulosa y lignina). - Establecen relaciones simbióticas con las plantas: de esta forma se facilita la transferencia de nutrientes.
    • Tema 44. Distribución de los microorganismos en la naturaleza 7. Plantas como hábitat microbiano: asociaciones de microorganismos 7.1 Asociaciones en la filosfera: Microorganismos de la filosfera • Filosfera: – Superficie aerea de la planta – Se sabe que puede permitir el crecimiento de una diversa comunidad microbiana • e.g., las γ-proteobacteria Pseudomonas syringae y Erwinia spp. Son los mas impirtantes • e.g., genero Sphingomonas – Adaptada a dobrevivir a alata irradiación UV p
    • Tema 44. Distribución de los microorganismos en la naturaleza 7. Plantas como hábitat microbiano: asociaciones de microorganismos 7.2 Asociaciones en la rizosfera: Microrrizas, la fijación de nitrogeno simbiotica y Agrobacterium Las raíces de las plantas liberan una gran variedad de materiales al suelo, diversos alcoholes , etilenos azúcares, etc. Estos E t materiales crean un medio especial para l microorganismos d l suelo, t i l di i l los i i del l estos ambientes son conocidos como rizosfera. Los microorganismos de la rizosfera, intervienen en la síntesis y degradación de la l materia orgánica, y sirven como f t i á i i fuentes d nutrientes para otros organismos. t de t i t t i
    • Tema 44. Distribución de los microorganismos en la naturaleza 7. Plantas como hábitat microbiano: 7.2 Asociaciones en l rizosfera: 72A i i la i f Micorrizas Asociación mutualista planta-hongos Estos microorganismos contribuyen al funcionamiento de las plantas en los medios naturales y agrícolas. Las raíces de cerca del 95 % de todas las plantas vasculares participan normalmente en asociaciones simbióticas con micorrizas. Las b t i L bacterias se asocian t bié con l i también los hongos micorrizales. Al extenderse radialmente por el suelo se forma la micorrizosfera. micorrizosfera Endomicorriza: El hongo entra dentro de los pelos radiculares Ectomicrorriza: el hongo permanece extracelular como una cubierta sobre la raiz
    • Tema 44. Distribución de los microorganismos en la naturaleza 7. Plantas como hábitat microbiano: 7.2 Asociaciones en l rizosfera: 72A i i la i f Endomicorriza Ectomicorriza
    • Tema 44. Distribución de los microorganismos en la naturaleza 7. Plantas como hábitat microbiano: 7.2 Asociaciones en l rizosfera: 72A i i la i f Micorrizas
    • Tema 44. Distribución de los microorganismos en la naturaleza 7. Plantas como hábitat microbiano: asociaciones de microorganismos 7.2 Asociaciones en l rizosfera: 72A i i la i f La fijación simbiotica de nitrógeno • Ocurre como resultado de una relación simbiótica entre bacteria y plantas que convierte el nitrógeno gas (N2) en amonio – E una parte importante del ciclo d l nitrógeno en l naturaleza Es t i t t d l i l del it ó la t l • Rhizobium: Género bacteriano capaz de fijar nitrógeno en simbiosis con raíces de leguminosas ( nódulos) g ) Nodulos de Rhizobium
    • Tema 44. Distribución de los microorganismos en la naturaleza 7. Plantas como hábitat microbiano: asociaciones de microorganismos La fijación simbiotica de nitrógeno Aunque estos microorganismos contribuyen a la acumulación de nitrógeno, pruebas recientes indican que su contribución principal puede que no se la fijación de nitrógeno sino nitrógeno, la producción de hormonas promotoras del crecimiento que aumentan el desarrollo de los pelo radiculares que radiculares, eleva la capacidad para captar nutrientes.
    • Tema 44. Distribución de los microorganismos en la naturaleza 7. Plantas como hábitat microbiano: asociaciones de microorganismos La fijación simbiotica de nitrógeno Simbiosis Rhizobium-leguminosas Nódulos de Rhizobium
    • Tema 44. Distribución de los microorganismos en la naturaleza 7. Plantas como hábitat microbiano: asociaciones de microorganismos Interacciones Agrobacterium / plantas Agrobacterium: - Se produce una infeccion en la planta por Agrobacterium, que induce Agrobacterium en las plantas un crecimiento similar al de los tumores - Un ejemplo es la formación de agallas, inducidas por cepas de Agrobacterium que contiene el plásmido Ti inductor del tumor, el tumor tumor se debe a un desequilibrio que se produce en las fitohormonas, por acción de las enzimas codificadas por el plásmido Ti.
    • Tema 44. Distribución de los microorganismos en la naturaleza 7. Plantas como hábitat microbiano: asociaciones de microorganismos Interacciones Agrobacterium/plantas Las L cepas de Ad Agrobacterium contienen el plásmido Ti inductor del b t i ti l lá id i d t d l tumor, el tumor se debe a un desequilibrio que se produce en las fitohormonas, por acción de las enzimas codificadas por el plásmido Ti. • Agrobacterium infecta a la planta a través de heridas • El plasmido Ti se tranasfiere de la bacteria a la planta – provocan el tumor – Las plantas estimuladas producen opinas que son sustancias químicas que atraen a mas células bacterianas de A. tumefaciens
    • Tema 44. Distribución de los microorganismos en la naturaleza 7. Plantas como hábitat microbiano: asociaciones de microorganismos Interacciones Agrobacterium/plantas Agrobacterium en el tumor transfiere el Plasmido T a la planta opinas Agrobacterium en el suelo utiliza las opinas de la planta como nutrientes
    • Tema 44. Distribución de los microorganismos en la naturaleza 7. Plantas como hábitat microbiano: asociaciones de microorganismos Interacciones Agrobacterium/plantas
    • Tema 44. Distribución de los microorganismos en la naturaleza 7. Plantas como hábitat microbiano: asociaciones de microorganismos Agrobacterium puede utilizarse para trasnferir ADN a las plantas
    • Tema 44. Distribución de los microorganismos en la naturaleza Transformación de las plantas de Arabidopsis