Microbiologia Ambiental. Ecologia Microbiana
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PRINCIPIOS DE ECOLOGÍA MICROBIANA
ECOSISTEMAS: Los organismos que viven en un área
determinada mas el ambiente físico que interactúa con esos organismos (auto
sostenible y funcional).
COMUNIDADES: Grupo ecológicamente integrado de
especies de animales, plantas y microorganismos que habitan un área dada
(interacciones)
POBLACIONES: Grupos de organismos de la misma especie
que coexisten en el tiempo y
espacio
INDIVIDUOS
NIVELES DE ORGANIZACIÓN DE LA BIOSFERA
GLOSARIO :
Hábitat: sitio donde específicamente pueden vivir ciertos organismos.
Nicho ecológico: función de un organismo en un ecosistema (hábitat + función + interacciones).
Guild (gremio): poblaciones de una comunidad que utilizan los mismos recursos (ej. Sulfato-reductoras, fijadoras de N).
Fitness : alto grado de adaptación que mejora la competitividad .
Dinámica: cambios temporales en la composición de una comunidad.
Sucesión: sustitución de unas poblaciones por otras más adaptadas para ocupar un nicho ecológico.
DOMINIO TAMAÑO MOVILIDAD FUENTE ENERGÍA
virus ------- 0,01- 0,1µ ------ parásitos
bacterias procariotas 0,5 -2.0µ + luz, comp. orgánicos, comp. inorgánicos
hongos eucariotas 2 - 200µ (-) comp. orgánicos
protozoarios eucariotas 2 - 200µ + comp. orgánicos
algas eucariotas 2 - 200µ (+) luz, comp. orgánicos
Microorganismos en suelo y sistemas acuosos
Microorganismos más importantes por hábitat
Factores que afectan el crecimiento y distribución de los microorganismos:- factores físicos- disponibilidad de nutrientes- características de los propios microorganismos - interacciones con otros microorganismos- interacciones con otros organismos superiores: plantas, animales
Los microorganismos en la naturaleza
Se encuentran en todos los ambientes
TerrestresAcuáticos Atmosfera
Funciones generales de los microorganismos en el ecosistema
Transformación de nutrientes: Descomponen materia orgánica. Modifican sustancias para que otros
organismos las puedan utilizar (Biorremediación).
Son fuente de energía y de nutrientes para otros organismos (Quimiohetrótrofos).
Modifican el estado de algunos compuestos importantes que pasan de una fase a otra (ej: gaseosa a acuosa)
Interacciones con otros organismos: Producen compuestos inhibidores o
promotores del crecimiento Compiten por nutrientes
MICROORGANISMOS DEL SUELO
Composición físico-química del suelo
Horizontes del suelo
Horizonte A: Capa superior del suelo La región más superficial y de
mayor actividad física química y biológica.
Contiene la mayor parte del material orgánico del suelo, vivo o muerto:
Grandes cantidades de partes de plantas y hojas muertas.
Insectos y otros artrópodos pequeños.
Lombrices de tierra.
Organismos descomponedores.
Nemátodos.
Suelo: Horizonte A
Rocas, silicatos
Desechos orgánicos
O2, NH3, CH4, H2S
Lluvia •Inorgánicos granulados.
•Residuos orgánicos, humus.
•Agua (inundado, mojado).
•Gases (disueltos y difusos).
•Sistemas biológicos (raíces, insectos, microobios).
O2, N2, CO2
Capa de agua
En un gramo de suelo del horizante A pueden haber:
2500 millones de bacterias
+
medio millón de hongos
+
50 000 algas
+
30 000 protozoos
María Cecilia Arango Jaramillo
Horizonte B:
Región de acumulación
Contiene mucho menos material orgánico y está menos meteorizado que el horizonte superior.
Hay pocos microorganismos
Algunos materiales del horizonte A, llegan al B por filtración del agua a través del suelo:
Óxido de hierro.
Partículas arcillosas.
Pequeñas cantidades de material orgánico.
El horizonte B:
Horizonte B
Horizonte C:
Compuesto por rocas y minerales fragmentados y meteorizados de los cuales se ha formado el suelo verdadero de los horizontes superiores.
Los microorganismos son escasos.
Factores externos que determinan que un microorganismo sobreviva en un ambiente.
Disponibilidad de agua Nutrientes Concentración de oxígeno
Disponibilidad de agua Nutrientes Concentración de oxígeno
pH Temperatura Presión osmótica (Concentración
de sales, azúcares) Presión hidrostática Radiación
pH Temperatura Presión osmótica (Concentración
de sales, azúcares) Presión hidrostática Radiación
Interacciones con otros organismos– Positivas: simbiosis, mutualismo, sintrofismo, etc.– Negativas: competencia, antagonismo, predación, etc
4. Contaminación del suelo: Tóxicos. Inhibidores del crecimiento microbiano
2. Tratamiento del sueloLabranzas: Aereación/compactación, • Distribución de la materia orgánica.• Disponibilidad de agua.Aplicación de productos: • Naturales (abonos vegetales o animales) • AgroquímicosTipo y manejo de cultivo
1. Propiedades físicas y químicas del suelo: Disponibilidad de agua. Textura, Contenido de materia orgánica, etc.
3. Profundidad del perfil: determina nutrientes (materia orgánica y O2 )
Los microorganismos son indicadores de calidad de
suelo y de la sustentabilidad del manejo
Factores que afectan el número y
la diversidad de los organismos en
el suelo
Factores que afectan el número y
la diversidad de los organismos en
el suelo
• Fuente de Energía– luz (Fotótrofo)– química (Quimiótrofo).
• Fuente de Carbono– Comp. orgánicos (Organótrofo)– Comp. inorgánicos (Autótrofo).
• Fuente de Nitrógeno.• Fuente de Fósforo.• Fuente de Azufre.• Elementos minerales traza.• Vitaminas.
• Fuente de Energía– luz (Fotótrofo)– química (Quimiótrofo).
• Fuente de Carbono– Comp. orgánicos (Organótrofo)– Comp. inorgánicos (Autótrofo).
• Fuente de Nitrógeno.• Fuente de Fósforo.• Fuente de Azufre.• Elementos minerales traza.• Vitaminas.
Nutrientes necesarios para el crecimiento microbiano
El principal nutriente es la fuente de energía
En organismos quimioorganótrofos
(heterótrofos) la fuente de energía y de carbono son el mismo compuesto
Contribuyen a la formación de materia orgánica
la convierten en ácido
carbónico o ácidos orgánicos
disuelven rocas.
Controlan la disponibilidad de muchos nutrientes importantes para las plantas
Los microorganismos en el suelo
Hongos
Beneficio: Capturan nutrientes y los hacen disponibles. Pueden controlar hongos patógenos, nemátodos e insectos.Perjuicio: Patógenos
Dominantes en la superficie de ecosistemas terrestres. Constituyen del 70-80 % de la biomasa microbiana total del suelo, especialmente en suelos ricos
en materia orgánica, bien aireados y con pH ácidos
Función principal: Degradadores de polímeros vegetales (heterótrofos)
Función principal: Degradadores de polímeros vegetales (heterótrofos)
Características: No crecen en condiciones extremas pero las toleran. Alta capacidad de dispersión por la formación de esporas. Interacciones con las plantas.
Bacterias
Beneficio: Antagonistas de patógenos. Productores de promotores del crecimiento
vegetal. Responsables únicos de la fijación biológica
de nitrógeno gaseoso. Capturan nutrientes y los hacen disponibles. Pueden controlar hongos patógenos,
nemátodos e insectos.Perjuicio: Patógenos.
Importantes en suelo en cualquier condición
Funciones:- Recicladores de los principales elementos de la
naturaleza.- Productores primarios en ambientes extremos.
Funciones:- Recicladores de los principales elementos de la
naturaleza.- Productores primarios en ambientes extremos.
Características: Ubicuidad y diversidad metabólica: Sobreviven a escasez de nutrientes y
toleran tóxicos. Tamaño pequeño y generalmente
móviles Pueden adherirse a superficies Gran plasticidad genética y alta
velocidad de crecimiento para adaptarse a condiciones ambientales adversas.
Protozoarios
Se desarrollan en suelos con pH neutro y elevada humedad
Funciones principales: Predadores de bacterias, algas y otros protozoarios. Mineralizadores.
Funciones principales: Predadores de bacterias, algas y otros protozoarios. Mineralizadores.
Características: Diversidad en tamaño. Son Heterótrofos (algunos fotosintéticos), la mayoría requiere
oxígeno. No sobreviven a 50 ºC. Formas de resistencia (cistos) si hay escasez de nutrientes.
Implicancias de la predación de bacterias:• Recirculación de nutrientes: relación C:N mayor que en bacterias• No extinguen poblaciones bacterianas: crecimiento depende del Nº de bacterias:
ROL DE LOS MICROORGANISMOS EN EL SUELO
María Cecilia Arango Jaramillo
Mineralización de la materia orgánica
Descomposición de hojas (Sucesión)
Tiempo (las fases pueden ser simultáneas)
Hongos: glucófilos utilización de las sustancias hidrosolubles
Hongos celulolíticos: metabolismo de la celulosa
Hongos lignolíticos : degradación de la lignina
Bacterias: transforman residuos fúngicos y productos no consumidos por las hifas.
María Cecilia Arango Jaramillo
Protección de los microorganismos ante desequilibrios ambientales
Cuando se añade materia orgánica a los suelos agrícolas, las bacterias consumen todo el carbono disponible.
Consecuencia: rarefacción, e incluso desaparición de
los microorganismos.
Naturaleza
Sistemas de protección para los microorganismos sobrevivan
Estructuras de protección de los hongos
Esclerote: Esfera cuyo envoltorio externo está
constituido de hifas muertas de pared gruesa, y el centro de filamentos vivos ricos en reservas, en estado latente.
Clamidospora: Célula latente, con pared gruesa
y cuyo contenido es rico en reservas.
Clamidospora de Fusarium Aspergillus sclerotium
Estructuras de protección delas bacterias
Las (Gram+) forman endosporas.
Capaces de sobrevivir muchos años en condiciones
desfavorables.
Las Gram- están desprovistas de mecanismos de resistencia
Forman agregados biológicos cuando las condiciones son desfavorables
La actividad celular y las divisiones, se hacen más lentas.
Bacillus anthrascis
FACTORES LIMITANTES DEL CRECIMIENTO MICROBIANO
Existe competencia entre los microorganismos por utilización de los nutrientes orgánicos e inorgánicos.
En el suelo la materia orgánica fácilmente utilizable es reducida, lo que limita su velocidad de multiplicación.
1. Competencia entre los microorganismos
Al añadir al suelo materiales frescos, estiércol o desechos
vegetales
Al añadir al suelo materiales frescos, estiércol o desechos
vegetales
el número de
microorganismos aumenta rápidamente
los nutrientes se agotan
población de microorganismos
vuelva nivel anterior.
el número de
microorganismos aumenta rápidamente
los nutrientes se agotan
población de microorganismos
vuelva nivel anterior.
Los autótrofos no compiten por nutrientes orgánicos con otros microorganismos.
Sólo compiten por luz
Los autótrofos no compiten por nutrientes orgánicos con otros microorganismos.
Sólo compiten por luz
Nitrosomonas y Nitrosobacter
Su desarrollo está limitado por compuestos nitrogenados apropiados.
Nitrosomonas y Nitrosobacter
Su desarrollo está limitado por compuestos nitrogenados apropiados.
María Cecilia Arango Jaramillo
2. Oxígeno
Importante:
Microorganismos fijadores
de NITRÓGENO
El oxigeno es escencial
En suelos poco aireados hay competencia por el O2 disponible. Esto puede llevar a un descenso de la población de m.o. aerobios.
Consecuencia: Disminuye la fijación de nitrógeno y degradación de la materia orgánica.
Anaerobios facultativos
Presencia de oxígeno:
Degradación completa de polisacáridos, descomponiéndolo hasta CO2 y agua con alta liberación de energía
Ausencia de oxígeno:
Fermentación: degradación parcial de polisacáridos y poca liberación de energía
3. pH
4. Agua
Importante:
Potencial osmótico alto
(suelos salinizados)
DISPONIBILIDAD DE AGUA
Agua poco asequible a los m.o.
Consecuencia: Se inhibe el crecimiento de la mayoría de los m.o. y raíces.Solo sobreviven los halófilos
Exceso de agua (suelos inundados)
Produce pérdida de oxigeno en los capilares del suelo.
Consecuencia:
Disminuyen los microorganismos aerobios y aumentan los anaerobios