La Rizosfera Power Point
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LA RIZOSFERA
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CICLO DEL CARBONO
CICLO DEL Fe
CICLO DEL S
CICLO DEL P
CICLO DEL N2
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• Se denomina Rizosfera, a la zona del suelo influenciada por el sistema radicular
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• Los microorganismos interactúan con las plantas a nivel del follaje y de las hojas, en el suelo, alrededor de las raíces y semillas
• Las plantas reciben numerosos metabolitos de la micropoblación edáfica, muchos de ellos promotores del crecimiento
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Principales zonas de interacción biológica
• FILOSFERA• RIZOSFERA• RESTOS VEGETALES O
MANTILLO• ESPERMATOSFERA
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INTERACCIONES ENTRE LOS MICROORGANISMOS Y LAS PLANTAS
• 1) Efectos de las plantas sobre los microorganismos
• DIRECTOS• Aporte de sustancias energéticas,
estimulante o inhibidoras, como moléculas orgánicas, vitaminas, fitohormonas, exudados, secreciones, restos de tejidos que actúan como fuente de energía, C,N,S o como sustancias tóxicas
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• 2) Modificación del medio físico (estructura)
• Químico (inmovilización), control biológico de microorganismos fitopatógenos
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INDIRECTOS
• Modificación del medio químico por los procesos de mineralización-inmovilización, precipitación, solubilización, óxido-reducción de materiales orgánicas o minerales, el ambiente físico alterando la estructura, el régimen hídrico, el pH
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EFECTO DE LOS MICROORGANISMOS SOBRE LOS VEGETALES
• DIRECTOS: por los compuestos liberados, minerales, fitohormonas
• INDIRECTOS: actuando como microorganismos deletéreos o fitopatógenos
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• NEUTROS: No afectan el crecimiento• BENEFICOS: Existe creciente
evidencia de que la microflora saprófita de la rizósfera incluye componentes benéficos que pueden incrementar el crecimiento vegetal y los rendimientos significativamente
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• Aumento de la disponibilidad y toma de nutrientes minerales
• Provisión de sustancias promotoras de crecimiento (PGPR)
• Supresión de microorganismos deletéreos y patógenos en la rizosfera
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DELETEREOS
• Pueden afectar negativamente el crecimiento vegetal, sin necesidad de parasitar al tejido (alteraciones en el aporte de agua, iones y sustancias promotoras del crecimiento vegetal cambiando las funciones y/o limitando el crecimiento de las raíces)
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PATOGENOS
• Disminuyen los rendimientos.• Producen enfermedades:
Bacterias, Actinomicetes, Hongos (provocan pérdidas importantes en los cultivos)
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EFECTOS NEUTROS, BENEFICOS Y PERJUDICIALES
Fijación nitrógenoPromoción
crecimiento
Estabilización suelo
Competencia
Fitotoxicidad
AntibíosisBiocontrol
Enfermedad
AlelopatíaFlujo nutrientes
Toma de
agua
Liberación enzimas
Adhesión
Simbiósis
Benéficos
Perjudiciales
Neutros
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CONCEPTOS GENERALES RIZOSFERA
• Volumen de interacción entre el sistema radical de los vegetales y su inmediato medio suelo
• La microflora es afectada por los exudados radicales y por los aportes de restos de tejidos y células
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• Los microorganismos estimulados actúan sobre la planta, ponen a su disposición:
• Moléculas orgánicas: absorbidas por raíces (aminoácidos, vitaminas, antibióticos, fitohormonas) contribuyen a su nutrición mineral por procesos de mineralización y solubilización
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RIZOSFERA
• Rizosfera cercana o próxima• Rizosfera lejana o alejada• Rizoplano, lo constituye el suelo
en contacto íntimo con la superficie de las raíces
• Endofíticos, microorganismos que colonizan el interior de las raíces
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METODOS DE ESTUDIOS
• Seguimiento de microorganismos en su habitat:
• mutantes marcados por resistencia a antibióticos
• Recuento del número mas probable (NMP)
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EFECTO RIZOSFERICO
N° de m.o. en la zona no rizosférica
ER=
N° de m.o. en la zona rizosférica
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Rizósfera
Exudados
Efecto Rizosférico
Rizobacterias
PGPR
Fijación Biológica de Nitrógeno
Producción de fitohormonasSolubilización de Fosfatos
Producción de Sideróforos
Mineralización de FosfatosProducción de Ácido Cianhídrico
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COLONIZACION DE LA RAIZ
• MICROSCOPIA DE LUZ
• MICROSCOPIA FLUORESCENTE
• MICROSCOPIA ELECTRONICA
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• Muy útil para conocer la distribución de los microorganismos y su grado de colonización
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MICROSCOPIA FLUORESCENTE
• Con anticuerpos marcados con sustancias que fluorescen en luz ultravioleta
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• Microscopio Electrónico de Transmisión y de Barrido
• Determinación de biomasa microbiana por recuento
• Empleo de elementos radioactivos, C, N,S
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ORIGEN Y NATURALEZA DE LOS MATERIALES ORGANICOS
• EXUDADOS: compuestos de bajo peso molecular, en general solubles en agua que liberan las células hacia espacios intercelulares y luego al suelo. Su liberación no está mediatizada por un metabolismo
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• Son azúcares, aminoácidos, ácidos orgánicos, hormonas, vitaminas
• La exudación radical se puso de manifiesto en aplicaciones foliares de sustancias con elementos radioactivos
• P32 14CO2 N15
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SECRECIONES
• Compuestos de bajo o alto peso molecular liberados como resultado de procesos metabólicos mediados por el aparato de Golgi
• Hidratos de carbono polimerizados, enzimas
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MUCIGEL• Es el material gelatinoso de la superficie
de las raíces creciendo en suelos normales, no estériles. Incluye:
• Mucílagos vegetales, células bacterianas y sus productos metabólicos (cápsulas, capas mucosas, gliocalix) así como coloides minerales y materia orgánica del suelo
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MUCILAGOS VEGETALES
• Son originados en el ápice de la raíz y segregados por el Golgi o hidrolizados de polisacáridos de la pared primaria y de células del extremo de la raíz, segregados por pelos capilares o producidos por degradación bacteriana de células epidémicas muertas
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• El Mucigel es una zona muy importante que mantiene a las raíces y al suelo en contacto y es un reservorio de nutrientes y agua para el vegetal en épocas de sequía
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LISADOS
• Compuestos liberados por autólisis de las células epidémicas
• Las paredes de estas células son digeridas por microorganismos que liberan a la rizosfera los productos de su actividad microbiana
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MATERIALES ORGANICOS DE LA RIZOSFERA
Raíz Suelo Tipo de material
Ápice de la raíz
Lisados
Mucílagos de células epidérmicas degradadas por bacterias
Exudados2 mm
Descamación de células
Microorganismos mucílagos vegetales y microbianos
Mucílago secretado por células epidérmicas
Mucílago (hidrolizado de polisacáridos de células epidérmicas)
Células epidérmicas y corticales lisadas e invadidas por bacterias
Mucigel. Exudados. Secreciones
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REGULADORES DE CRECIMIENTO VEGETAL
• Etileno. Ácido giberélico (AG). Ácido fusárico. Ácido indol acético (AIA). Ácido abcísico. Citoquininas, que se suman a las producidas por las plantas
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FITOTOXINAS
• Ácido para-amino-benzoico. Ácido cumárico. Ácido acético. Ácido butírico. Ácido benzóico. HCN. H2S. Ácidos alifáticos (en ambientes anaeróbicos) y son más tóxicos
•
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ANTIBIOTICOS
• Numerosas moléculas con carácter biostático y biocida son liberadas por bacterias, actinomicetes, hongos
• Pseudomonas fluorescens, Trichoderma viride se emplean como promotores de crecimiento vegetal y control biológico de micoorganismos fitopatógenos
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AGLUTININAS• Las Lectinas son glicoproteínas que actúan
como receptores reconociendo sitios de adhesión en la superficie de la pared de las raíces y de bacterias (rhizobios, azospirilos)
• Los microorganismos liberan sustancias como gomas, exopolisacáridos, capas mucosas, polímeros que contribuyen a formar agregados entre partículas minerales y el humus
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ENZIMAS
• Más de 50 enzimas han sido detectadas en la rizosfera
• Hidrolasas, pectinasas, ADNasas, oxidorreductasa, que regulan los procesos biológicos en este habitat
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EFECTO RIZOSFERICO SOBRE GRUPOS MICROBIANOS
• BACTERIAS: en general se admite, que las no esporuladas, Gram negativas, son las más favorecidas. Pseudomonas predomina en la rizosfera
• Los requerimientos nutricionales en rizoplano y rizosfera difieren de las que habitan suelo sin vegetación
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ACTINOMICETES
• Son muy abundantes y activos en la superficie de las raíces. Son los menos estudiados
• Producen antibióticos contra patógenos vegetales.
• En la rizosfera predomina Streptomyces y Nocardia
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HONGOS
• Muestran un ER positivo, menos marcado que las Bacterias. Si el efecto se expresa en función de biomasa y no del número, los resultados se invierten
• Los benéficos son las Micorrizas
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ER DE TRIGO SOBRE GRUPOS MICROBIANOS (ufc g-1 suelo)
• ORGANISMO RIZOSFERICO NO RIZOSFERICO R/S• Bacterias 120 x 107 5,3 x 107 24/1• Hongos 12 x 105 1 x 105 12/1• Actinomicetes 49 x 106 7 x 106 7/1• Protozoos 24 x 102 10 x 102 2,4/1• Amonificantes 500 x 106 4 x 106 125/1
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ALGAS• Es un grupo poco estudiado• Son Autótrofos y no son afectados
directamente por los exudados radicales• Trabajos señalan estimulación de algunas
rizosferas sobre las Algas• Por liberación de Factores de Crecimiento.
Antibióticos. Cambios en las propiedades físicas del medio
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INTERACCIONES ENTRE MICROORGANISMOS
• Tanto Sinérgicas como Antagónicas son muy afectadas a nivel de este ambiente en particular
• Altas densidades de población se afectan porque compiten por nutrientes, el espacio
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A
CD
E
F
B
G
Distribución de diferentes tipos de microorganismos en las raíces
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FACTORES QUE AFECTAN EL ER
• Especie vegetal: pueden estimular o suprimir determinados grupos microbianos
• Leguminosas presentan mayor ER que los Cereales
• Organismos que requieren aminoácidos son más numerosos en zona apical (liberación)
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ESTADO FENOLOGICO
• Comienza a manifestarse en la germinación por aportes de microorganismos de la espermatosfera y/o del suelo
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FLORACION Y/O FRUCTIFICACION
• En este estado es la máxima estimulación y declina con la senescencia de las raíces.
• La microflora varía. Proliferan los microorganismos que descomponen los tejidos muertos
• La intensidad luminosa afecta la exudación
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ER SOBRE BACTERIAS Y ACTINOMICETES (x 106)
CULTIVO ESTADO FENOLOGICO S R R/S
Trébol
Trigo
Vegetativo (4 hojas) 5,2 5,3 1
Vegetativo (6-8 hojas) 6,1 8,1 1,3
Floración 5,6 318 56,8
Vegetativo 6,1 50,3 8,2
Germinación 5,2 6,8 1,3
Grano en formación 5,6 52 9,3
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LA ESPERMATOSFERA
• Las semillas ejercen un efecto sobre el suelo al movilizar sus reservas
• Es el origen de iniciación del ER• Liberan productos de naturaleza
variable• Fuentes de C, N, vitaminas,
aminoácidos, inhibidores (sulfatorredución) en cultivo de maíz
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LA FILOSFERA• Las hojas presentan en superficie
bacterias, hongos filamentosos, levaduras• Varían con el clima (humedad, intensidad
luminosa, temperatura)• Poblaciones bacterianas ricas en especies
pigmentadas: Flavobacterium, Xanthomonas, Pseudomonas
• Levaduras: Rhodotorula, Sporobolomyces
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EFECTO RESTO VEGETALES EFECTO MANTILLO
• Los vegetales perennes (bosques, praderas permanentes) afectan marcadamente a la microflora del suelo, más que los vegetales anuales
• La acción la ejercen los exudados• Los mantillos juegan un rol importante
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FUENTES DE ENERGIA Y ELEMENTOS NUTRITIVOS
• En bosques de zonas templadas y frías, en Kg C/ha/año, varían de 0,5 a 2 Tn
• En bosques de zonas tropicales húmedos, en Kg C/ha/año, varían de 2 a 8 Tn
• Son más ricos en elementos minerales y nitrógeno (zona tropical)
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SUSTANCIAS ESTIMULANTES O INHIBIDORAS
• Estimulantes: Vitaminas (Factores de Crecimiento)
• Productos tóxicos como Fenoles o compuestos con radicales fenólicos (ácido gálico) afectan a Bacterias Nitrificantes. Fijadoras de Nitrógeno. Celulolíticos
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OTROS EFECTOS (pH)
• La vegetación puede variar el pH (ácido o básico)
• Bosques de Coníferas (acidifican) predominan los Hongos
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COMPUESTOS ENCONTRADOS EN LA RIZOSFERA DE VEGETALES
• Aminoácidos: todos los naturales• Ácidos orgánicos: acético, butírico,
cítrico, fumárico, láctico, oxálico, propiónico, succínico, tartárico
• Hidratos de carbono: arabinosa, fructuosa, galactosa, glucosa, maltosa, manosa, rafinosa, sacarosa, xilosa
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• Derivados de ácidos nucléicos:• adenina, guanina, citosina, timina• Factores de crecimiento: biotina,
tiamina, inositol, piridoxina, ácido nicotínico, ácido p-amino benzoico
• Enzimas: amilasa, invertasa, fosfatasa, proteasa
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• antibióticos, auxinas, glicósidos, ácido cianhidríco, péptidos, saponinas, CO2, alcoholes, sustancias quelantes
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BIBLIOGRAFIA
• Alexander, Martín. Introducción a la Microbiología del Suelo. AGT Editor, S.A. 1980
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