Microorganismos del suelo

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Microorganismos del suelo

  1. 1. Samuel Córdova Sánchez13/05/2013H. Cárdenas, TabascoUNIVERSIDAD MICHOACANA DE SAN NICOLÁS DE HIDALGOINSTITUTO DE INVESTIGACIONES AGROPECUARIA Y FORESTALLOS MICROORGANISMOS DEL SUELO EN LANUTRICION VEGETAL
  2. 2. 13/05/2013CONTENIDOINTRODUCCIÓNDISTRIBUCIÓN DE LOS MICROORGANISMOS EN EL SUELOBACTERIASACTINOMICETOSHONGOSMICROORGANISMOS FIJADORES DE NITRÓGENO NO SIMBIÓTICOMICROORGANISMOS NITROFIJADORES SIMBIÓTICOSMICROORGANISMOS SOLUBILIZADORES DE LA UREALA NITRIFICACIÓNMICROORGANISMOS QUE TRANSFORMAN EL FÓSFOROMICROORGANISMOS QUE TRANSFORMAN EL AZUFREMICROORGANISMOS QUE MOVILIZAN EL POTASIO
  3. 3. 13/05/2013INTRODUCCIÓNLos microorganismos son los componentes más importantes del suelo.Constituyen su parte viva y son los responsables de la dinámica detransformación y desarrollo.La mayor actividad de los microorganismos se realiza desde la superficiedel suelo hasta unos 20 centímetros de profundidad. Las colonias demicroorganismos permanecen adheridas a las partículas de arcilla y humus(fracción coloidal) y a las raíces de las plantas que les suministransustancias orgánicas que les sirven de alimento y estimulan sureproducción.
  4. 4. 13/05/2013I. Suministro directo de nutrientes (Fijación de nitrógeno).II. Transformación de compuestos orgánicos que la planta no puede tomara formas inorgánicas que si pueden ser asimiladas (Mineralización).Ejemplo: Proteína hasta aminoácidos y a nitratos.III. Solubilización de compuestos inorgánicos para facilitar la absorción porlas plantas. Ejemplo. Fosfato tricálcico a Fosfato monocálcico.IV.Cambios químicos en compuestos inorgánicos debido a procesos deoxidación y reducción. Ejemplo. Oxidación del azufre mineral a sulfato.Oxidación del nitrógeno amoniacal a nitrato.V. Aumento del desarrollo radicular en la planta que mejora la asimilaciónde nutrientes, la capacidad de campo y el desarrollo.VI.Reacciones antagónicas, parasitismo y control de fitopatógenos.VII.Mejoramiento de las propiedades físicas del suelo.La microflora del suelo está compuesta por bacterias, actinomicetos,hongos, algas, virus y protozoarios. Entre las funciones más importantesque cumplen asociadamente en los procesos de transformación están:
  5. 5. 13/05/2013Distribución de microorganismos en el suelo
  6. 6. 13/05/2013LAS BACTERIASLos microorganismos más abundantes y pequeños (0,1 a 1 micras).Pueden ser aerobias (crecen con oxígeno), anaerobias (crecen sinoxígeno) o facultativas (crecen con o sin oxígeno).Si las bacterias se alimentan de compuestos orgánicos son heterótrofas. Sise alimentan de inorgánicos, son autótrofas.Los géneros bacterianos más importantes (agrícola) que transforman loscompuestos orgánicos e inorgánicos y que favorecen la nutrición de lasplantas están: Bacillus, Pseudomonas, Azotobacter, Azospirillum,Beijerinckia, Nitrosomonas, Nitrobacter, Clostridium, Thiobacillus,Lactobacillus, y Rhyzobium.Nitrosomonas Nitrobacter Azotobacter Rhyzobium
  7. 7. 13/05/2013ACTINOMICETOSMicroorganismos que se parecen a los hongos y a las bacterias. Crecen amanera de micelio radial, forman conidias como los hongos pero lascaracterísticas morfológicas de sus células son similares a las de lasbacterias. Se encuentran en el suelo, en aguas estancadas, el lodo y losmateriales orgánicos en degradación.Se nutren de materiales orgánicos (heterótrofos).Degradan desde azúcares simples, proteínas, ácidos orgánicos hastasubstratos muy complejos compuestos por hemicelulosas, ligninas, quitinasy parafinas.En suelos bien aireados con alto contenido de materia orgánica alcanzanpoblaciones muy altas. Constituyen del 10 al 50% de la comunidadmicrobiana del suelo. Se desarrollan bien en suelos con pH desde 5 a 7.
  8. 8. 13/05/2013Algunos actinomicetos producen antibióticos que regulan los patógenos delas plantas que están en el suelo.Al agregar conidias de actinomicetos en un suelo contaminado conbacterias y hongos fitopatógenos, crecen inhibiendo las poblaciones de lospatógenos, regulando los problemas hasta alcanzar un balance que lepermita a las plantas obtener nutrientes y desarrollarse.Los géneros de actinomicetos del suelo más importantes para la nutriciónde las plantas son: Streptomyces, Nocardia, Micromonospora,Thermoactinomices, Frankia y Actinomyces.Streptomyces Actinomyces Frankia Micromonospora Nocardia
  9. 9. 13/05/2013HONGOSConforman una importante fracción de la biomasa total microbiana delsuelo. Crecen en forma de red extendiéndose como micelio hasta suestado reproductivo donde dan origen a esporas sexuales o asexuales. Sonimportantes degradadores aerobios de material vegetal en descomposiciónen suelos ácidos.Los hongos metabolizan compuestos carbonados de muy difícildegradación como las celulosas, las hemicelulosas y las ligninas. Tambiéndegradan azúcares simples, alcoholes, aminoácidos y ácidos nucleicos.Pueden ser parásitos o saprofiticos. Son muy importantes en suelos condesechos de cosecha.Los hongos movilizan nutrientes minerales hacia las raíces de las plantas,aumentan la capacidad de retener agua en sequía, fijan nitrógeno y fósforoy protegen las raíces de fitopatógenos por espacio y emitiendo sustanciasque los inhiben.
  10. 10. 13/05/2013Algunos hongos entran en simbiosis con las raíces llamadas micorrizas.Son más activos en suelos arenosos y pobres en materia orgánica. Lasimbiosis se ve favorecida por la pobreza mineral del suelo.Los géneros de hongos más importantes asociados a las raíces de lasplantas son Aspergillus, Penicillium, Rhizopus y Trichoderma. El Aspergillusy el Penicillium movilizan el fósforo y el nitrógeno del suelo. El Trichodermasostiene la humedad en las raíces en condiciones de sequía.Aspergillus Trichoderma
  11. 11. 13/05/2013Degradación de material vegetal
  12. 12. 13/05/2013Ejemplo de microorganismos en la rhizosfera de trigo
  13. 13. 13/05/2013Microorganismos que digieren celulosa
  14. 14. Fijación Biológica de Nitrógeno:Es la transformación del N2 atmosférico en amonio a partir deprocesos en los que intervienen microorganismos de vida libreo en simbiosis con plantas superiores.Organismos Procariotas:BacteriasActnomicetesCianobacteriasTipos de asociacionesMutualistaComensalismoParasitismoDescubrimiento:1886Frances Jean Batiste y losAlemanes Herman Hellriegely H. WilfartBacillus radicicola en Viciafava por Beijerick, M. W.,1888.13/05/2013
  15. 15. 13/05/2013MICROORGANISMOS FIJADORES DE NITRÓGENO NO SIMBIÓTICOSon la fuente primaria del suministro de nitrógeno a las plantas. Sonfijadores del nitrógeno atmosférico. Algunas bacterias, actinomicetos yalgas verde azules (cianofíceas) reducen el nitrógeno atmosférico anitrógeno amoniacal y lo incorporan al suelo. Entre los géneros de bacteriasaerobias nitrofijadoras están Azotobacter , Azospirillum, Beijerinckia, Derxia,Azomonas, y Oscillatoria.Las bacterias del género Azotobacter tienen movimiento y forman quistescuando encuentran condiciones difíciles. Pueden fijar 40 kilogramos denitrógeno por hectárea equivalente a 200 kilogramos de sulfato de amonio.Las bacterias del genero Azospirillum son móviles y crecen en suelos conpH cercanos a neutro. En gramíneas actúan muy bien A. lipoferum y A.brasilense .
  16. 16. 13/05/2013Las bacterias del genero Clostridium pasterianum son anaerobias, quecrecen en suelos anegados, compactados y en sitios donde se dificulta lacirculación de aire en el suelo. Toleran una acidez alta (hasta 4) y fijan entre3 y 10 miligramos de nitrógeno por gramo de fuente de carbono consumido.Las algas realizan fotosíntesis y fijan al suelo entre 25 y 50 kilogramos denitrógeno por hectárea en un año.Azospirillum liporferum Clostridium pasteurianum Beijerinckia
  17. 17. 13/05/2013Las bacterias nitrofijadoras también actúan en las hojas de las plantas. Sedesarrollan poblaciones de las bacterias Pseudomonas, Azotobacter,Beijerinckia y también del actinomiceto Streptomyces . A partir de lasexudaciones foliares estas forman nódulos en las hojas para fijar elnitrógeno, degradan los materiales orgánicos que se depositan sobre ellas,producen enzimas de crecimiento para la planta y segregan antibióticos queprotegen las hojas de los ataques de los fitopatógenos. Se han reportadofijaciones hasta de 100 kilogramos de nitrógeno por hectárea.PseudomonasNostoc
  18. 18. 13/05/2013MICROORGANISMOS FIJADORES DENITROGENO SIMBIÓTICO
  19. 19. OrganismosfijadoresNo simbioticosSimbioticosAzotobacterClostridiumRhizobium - LeguminosasSuelo, Restos vegetales, etcActinomiceto - Frankia – ForestalesCianobacterias – Nostoc - HelechosActualmente5 géneros: Rhizobium (0.5-1.0 m) y Zinorhyzobium (0.5-1.0 m) (rápidos)Mesorhizobium (0.4 – 0.9 m) (intermedio)Bradyrhizobium (0.5-0.9 m) y Azorhizobium (0.5-0.6 µm) (lentos)13/05/2013
  20. 20. Esquema de infección de Rhizobium-Leguminosapara la formación de nódulosPasos de infección:1. Reconocimiento,2. Adherencia,3. Enroscamiento de los pelos absorbentes,4. Invasión del pelo radical y formación de un cordón infeccioso,5. Desplazamiento,6. Ingreso de las bacterias a las células de la raíz, y7. Establecimiento del nódulo funcional maduro: (Bacteroide).13/05/2013
  21. 21. Estos nódulos no tienen un meristemo y las células infectadas carecen devacuolas, tienen un sistema vascular cerrado y la infección de otras célulasocurre por división de las células preinfectadas; sus productos nitrogenados deexportación son básicamente ureidos. Este tipo de estructura es característicade leguminosas tropicales tales como Glycine, Vicia fava, y Vigna (Streeter,1991).Los nódulos se clasifican en dos grupos:Determinados:Indeterminados:Las células infectadas de este tipo de nódulos normalmente tienenvacuolas, con un sistema vascular abierto y un proceso infectivo de otrascélulas vegetales por medio de un cordón de infección que se ramifica y susproductos de exportación son amidas, principalmente asparagina. Ejemplo deleguminosas con nódulos indeterminados son los géneros Medicago, Pisum yTrifolium, es decir, leguminosas de ecosistemas templados (Streeter, 1991).13/05/2013
  22. 22.  Competencia entre cepas inoculadas y nativas La luz Amonificación Desnitrificación La temperatura pH y disponibilidad de P La humedad o lluvias Practicas de manejo de suelo Compuestos de nitrógeno Otros nutrimentos minerales y reguladores de lanitrogenasa(Pérez y TorralbaFactores que inhiben la nodulacíon:13/05/2013
  23. 23. Gasto de energía por Habber-bosh y FBNHabber-BoshFBNSe enfrenta a las misma barreras energéticas,pero opera en una manera más sutil atemperatura ambiente y a presión parcial de N2de 0.78 atm. Esto gracias al complejoenzimático de la nitrogenasa (NASA)Emplea temperaturas de unos 500ºC y P=200 atm:N2 + 3H2=====2NH3N2 + 16ATP + 8e- + 8H+ = 2NH3 + 8H2 + 16ADP + 16PiSustrato:N2 - 2NH3C2H2 - C2H4N2O - N2 + H2O13/05/2013
  24. 24. Isótopos estables e Isótopos radioactiosNombre delNúclidoVidaMediaAbundancia(%)MasaAtómica (uma)Nitrógeno-13 9,97 minutos 0,00 13.0000Nitrógeno-14 Estable 99,64 14.0031Nitrógeno-15 Estable 0,3663 15.0001Nitrógeno-16 7,13 segundos 0,00 16.0000Los átomos del mismo elemento que contienen el mismo número deprotones pero diferente número de neutrones, y que por tanto tienendiferentes números de masa, se denominan isótopos.No obstante, algunos isótopos con demasiados neutrones son inestablesy tienden a degradarse al formar un isótopo más estable (por lo comúnse convierte en otro elemento). Esos isótopos se denominanradionúclidos (o radioisótopos), ya que emiten radiaciones de alta energíaal desintegrarse.Métodos para medir FBN:Técnicas isotópicas:13/05/2013
  25. 25. Método de la dilución de 15N% átomos 15N en exceso en legP = 1− 100% átomos 15N en exceso en refRequiere la aplicación al suelo de una pequeña dosis de fertilizanteenriquecido con 15N previo a la siembra: 1-10 kg N ha-1 con 1 a 10 % deexceso de átomos 15N, a fin de reducir cualquier interferencia con la fijación deN2 de la leguminosa. El enriquecimiento de las muestras de plantas se expresacomo porcentaje de átomos 15N en exceso, y se estima de la siguiente forma:% átomos 15N en exceso = (% átomos 15N muestra − % átomos 15N en N2 del aire)McAuliffe et al., 1958)13/05/2013
  26. 26. Método de abundancia natural de 15N% átomos 15N (muestra) – % átomos 15N (std)δ 15N(‰) = 1000% átomos 15N (std)δ 15N ref − δ 15N legP = 100δ 15N ref − BB es el δ 15N de la leguminosa que crece con N2 atmosféricocomo la única fuente de nitrógeno,Método del Valor-A%15N a.e CF 1%Ndda= 100 1- + %15N a.e CFN%15N a.e CNF n-1n = Dosis N leguminosaN = Dosis N cultivo de referenciaa.e.= átomos en excesoEs una variación de la técnica de dilución de isótopos, basada en pequeñasdiferencias en la abundancia natural de 15N entre el N2 atmosférico (0.3663%átomos 15N) y el N del suelo. Estas diferencias se expresan como delta (δ)15N opartes por mil (‰) relativo a la composición de 15N en el N2 atmosférico (Shearery Kohl, 1986) y se calcula de la siguiente forma:Shearer y Kohl, 1986Hardarson y Danso, 1993913/05/2013
  27. 27. El método por reducción de acetileno:Puesto que la nitrogenasa (enzima responsable de la fijación de N2)puede reducir otros substratos con triple enlace tales como acetileno(C2H2) a etileno (C2H4), esta última reacción es la base del método porreducción de acetileno. (Hardy y Knight, 1966).El método de ureidos:Es posible utilizar la abundancia de ureidos en la savia del xylemacomo medida indirecta de la proporción de N de la planta derivado dela fijación de N2. Muchas leguminosas tropicales, principalmentePhaseoleae y Desmodieae, transportan los productos de la fijación deN2 desde los nódulos a otras partes de la planta en forma de ureidos,alantoina y ácido alantoico.El método de la diferencia total de NN= N total Leguminosa - N total referenciaGiller y Wilson, 1991Giller y Wilson, 199113/05/2013
  28. 28. (%Ndda)Porcentaje de N en la planta leguminosa derivado de la atmósferaIndice de Cosecha de Nitrógeno (ICN)% del N total de la planta que es cosechado o exportado,generalmente en grano.Sustentabilidad(Medición Isotópica)13/05/2013
  29. 29. Leg 1Leg 2Leg 275 %Ndda50 %Ndds50 %Ndda25 %Ndds25 %Ndda75 %NddsICN 50 %ICN 50 %ICN 50 %Beneficio al sueloBalance (0)Balance Positivo(25%)Balance Negativo(-50%)FBN - Sustentabilidad13/05/2013
  30. 30. 13/05/2013
  31. 31. Valores medios de FBN de algunas leguminosas que seutilizan en la agricultura250150 150125 120100 100908050050100150200250300FBNKgHa-1año-1LeguminosasSanginga, 1995.13/05/2013
  32. 32. N-fijado por especies de leguminosas enHuimanguillo, TabascoCultivo Uso N kg ha-1+ FósfotoC. ensiformis Abono Verde 366V. umbellata Alim.Humano 53C. cajan Alim. Animal 170A. pintoi Mejorador Suelo 55C. juncea Contra Erosión 21- FósforoC. ensiformis 258V. umbellata 16C. cajan 133A. pintoi 28C. juncea 25Peña, et al., 200313/05/2013
  33. 33. N total y N2 fijado en tejido de leguminosas enmonocultivo y asociadas con maíz en la sabanade Tabasco, México.Peña y Col., 20063405972222734022112984951212503631620100200300400500600700C.ensiformis(L1)C.cajan(L2)M.deerengiana(L3)L1+VS-536(M1)L2+(M1)L3+(M1)Kgha-1N total N2 FijadoMonocultivo Asociación13/05/2013
  34. 34. 13/05/2013LOS MICROORGANISMOS SOLUBILIZADORES DE LA UREAAl aplicar la urea al suelo se hidroliza y para su solubilización necesita lapresencia de la enzima Ureasa que es producida por lasbacterias, actinomicetos y hongos. Con la reacción de la enzima, la urea setransforma en amonio y se fija a los complejos minerales del suelo dondeluego es nitrificado por los microorganismos.Las urobacterias son aerobias y actúan con la alcalinización que causa laurea al aplicarse al suelo. Los géneros más importantes son:Bacillus, Clostridium, Pseudomonas, Micrococcus, Acromobacter y Sarcina.
  35. 35. 13/05/2013LA NITRIFICACIÓNEl Nitrógeno del suelo se encuentra presente como diferentes compuestosquímicos, pero la mayor parte forma compuestos orgánicos (materiaorgánica del suelo).Solo del 5 al 10% del nitrógeno total se encuentra como formasinorgánicas: Amónio (NH4 +), Nitrito (NO2 -) y Nitrato (NO3-). El Nitrito y elNitrato se encuentran en la solución del suelo, mientras que el amónio(catión) se encuentra como intercambiable o fijado a la estructura dealgunos minerales.La nitrificación es un proceso bacterial y aeróbico .Las bacterias nitrificantes más importantes son Nitrosomas europaea yNitrobacter winogradski . Las primeras oxidan Amónio a Nitrato y lassegundas oxidan Nitrito a Nitrato, haciendo disponible el nitrógeno para lasplantas. Hay otros microorganismos que también oxidan los substratosnitrogenados a Nitritos y Nitratos. Entre las bacterias están los génerosBacillus, Pseudomonas y Clostridium . Los actinomicetos nitrificadores sonStreptomyces y Nocardia y los hongos Aspergillus y Penicillium
  36. 36. 12%28%28%32% Haber-bosh70x106Olivares, 2007Obtención IndustrialGasTemperaturapresiónTransporte AplicaciónProducción de nitrógeno a nivel mundial13/05/2013
  37. 37. Perdidas de Nitrógeno:Vía CantidadDesnitrificación 15Mg año-1Cosechas 0.83Mg Ha-1Volatilización 23Mg año-1Lixuviación 30Mg año-1Erosión 20Mg año-113/05/2013
  38. 38. 13/05/2013MICROORGANISMOS QUE TRANSFORMAN EL FÓSFOROCuando se incorporan al suelo residuos de cosecha, materiales orgánicos, enmiendas, estiércol, seagregan gran cantidad de compuestos órganofósforados. El fosfato orgánico es hidrolizado por laenzima fosfatasa que segregan los microorganismos y libera el fosfato, para que sea asimilado porla planta.Las bacterias Bacillus megaterium , Bacillus mesentericus y Pseudomona putida solubilizan lasformas orgánicas del fósforo (ortofósfato) y las transforman a fosfatos asimilables por las plantas.Los hongos del género Aspergillus, Penicillium y Rhizopus degradan ácidos nucleicos yglicerofósfatos a fosfatos simples. Las levaduras del género Saccharomyces y Rhodotorula cumplenla misma función que los hongos. El actinomiceto Streptomyces destruye las moléculas orgánicasfósfatadas liberando así el fósforo.En los suelos de reacción ácida predominan los fosfatos insolubles de hierro y de aluminio. Cuandose han utilizado enmiendas cálcicas se fija el fósforo como fosfato tricálcico. Las bacterias de losgéneros Pseudomonas, Achromobacter, Micrococcus, Aerobacter solubilizan fosfatos inorgánicos enel suelo. Los hongos Aspergillus, Penicillium y Rhizopus solubilizan fosfatos tricálcicos y rocasfosfóricas.
  39. 39. 13/05/2013MICROORGANISMOS QUE TRANSFORMAN EL AZUFREEl azufre es esencial en la nutrición de las plantas pues participa en la formación de aminoácidos yvitaminas. Las plantas lo asimilan como sulfato.La descomposición de la materia orgánica por los microorganismos trae la degradación deaminoácidos hasta obtener sulfatos. También se degradan sulfatos orgánicos.Las bacterias del género Thiobacillus oxidan a sulfato el sulfuro que produce en condiciones deanegamiento y que es tóxico para las plantas. Además oxidan a sulfato el azufreelemental, compuestos de azufre como tiosulfato, tetrationato y sulfito a sulfato. Se desarrollan enmedios aerobios con pH ácidos y extremadamente ácidos (4), forman ácido sulfúrico en la oxidaciónpara aumentar la acidez.Las bacterias de los géneros Bacillus, Pseudomonas, Artrobacter convierten el azufre elemental y eltiosulfato a sulfato. Los hongos del género Aspergillus oxidan el azufre en polvo.
  40. 40. 13/05/2013MICROORGANISMOS QUE MOVILIZAN EL POTASIOEl potasio es retenido por los constituyentes del suelo, pero sólo una parte es soluble y otra granfracción se fija quedando no intercambiable.Bacterias de los géneros Bacillus, Pseudomonas, y Clostridium y hongos comoAspergillus, Penicillium y Mucor solubilizan el potasio mediante la liberación de ácidos orgánicos oinorgánicos que reaccionan con los minerales que los contienen.Estos microorganismos descomponen minerales de aluminosilicato y liberan parte del potasiocontenido en ellos.
  41. 41. 13/05/2013Saber no es suficiente; tenemos que aplicarlo. Tener voluntad no essuficiente: tenemos que implementarla. (Goethe )La desesperanza está fundada en lo que sabemos, que es nada, yla esperanza sobre lo que ignoramos, que es todo. (Anónimo)Gracias Por suatención

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