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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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

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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.

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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

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MUTUALISMO: Azospirillum

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SIMBIOSIS: Rhizobium

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Imagen de microscopio en la que se observa a la bacteria 'Rhizobium' colonizando la raíz del trébol.

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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

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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).

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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.

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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

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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

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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.

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DESCOMPOSICIÓN DE COMPUESTOS POLIMERIZADOS

PROTEÍNAS

Aminoácido alifático

Aminoácido aromático

Aminoácido azufrado

Enlace peptídico

Enlace puente disulfuro

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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

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ESTRUCTURA DE LA PARED CELULAR DE LAS PLANTAS

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CELULOSA

ORGANISMOS CELULOLÍTICOS:

- HONGOS (muy abundantes). - ACTINOMICETES. - BACTERIAS (muy específicas: aerobias (Mixobacterias. anaerobias (Clostridium). ENZIMAS: CELULASAS

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FIBRA DE CELULOSA

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HEMICELULOSAS

MICROORGANISMOS:

- BACTERIAS (específicas). - HONGOS Y ACTINOMICETES (muy abundantes).

ENZIMAS: AMILASAS (ENLACE GLICOSÍDICO α 1-4)

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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

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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)

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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).

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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

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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.

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- Agregación.- Retención de agua.- Aireación.- Estructura.- Capacidad de intercambio

catiónico.- Reserva de nutrientes.- Regulación de pH.

RELACIÓN HUMUS ARCILLAS-CATIONES

M Metal

Fenol

Arcilla

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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

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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

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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.

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VELOCIDAD DE DESCOMPOSICIÓN

0 3 6 9 120

20

40

60

80

100

120

meses

pes

o re

man

ente

(%

)