LA RIZOSFERA

CICLO DEL CARBONO

CICLO DEL Fe

CICLO DEL S

CICLO DEL P

CICLO DEL N2

• Se denomina Rizosfera, a la zona del suelo influenciada por el sistema radicular

• 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

Principales zonas de interacción biológica

• FILOSFERA• RIZOSFERA• RESTOS VEGETALES O

MANTILLO• ESPERMATOSFERA

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

• 2) Modificación del medio físico (estructura)

• Químico (inmovilización), control biológico de microorganismos fitopatógenos

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

EFECTO DE LOS MICROORGANISMOS SOBRE LOS VEGETALES

• DIRECTOS: por los compuestos liberados, minerales, fitohormonas

• INDIRECTOS: actuando como microorganismos deletéreos o fitopatógenos

• 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

• 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

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)

PATOGENOS

• Disminuyen los rendimientos.• Producen enfermedades:

Bacterias, Actinomicetes, Hongos (provocan pérdidas importantes en los cultivos)

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

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

• 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

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

METODOS DE ESTUDIOS

• Seguimiento de microorganismos en su habitat:

• mutantes marcados por resistencia a antibióticos

• Recuento del número mas probable (NMP)

EFECTO RIZOSFERICO

N° de m.o. en la zona no rizosférica

ER=

N° de m.o. en la zona rizosférica

Rizósfera

Exudados

Efecto Rizosférico

Rizobacterias

PGPR

Fijación Biológica de Nitrógeno

Producción de fitohormonasSolubilización de Fosfatos

Producción de Sideróforos

Mineralización de FosfatosProducción de Ácido Cianhídrico

COLONIZACION DE LA RAIZ

• MICROSCOPIA DE LUZ

• MICROSCOPIA FLUORESCENTE

• MICROSCOPIA ELECTRONICA

• Muy útil para conocer la distribución de los microorganismos y su grado de colonización

MICROSCOPIA FLUORESCENTE

• Con anticuerpos marcados con sustancias que fluorescen en luz ultravioleta

• Microscopio Electrónico de Transmisión y de Barrido

• Determinación de biomasa microbiana por recuento

• Empleo de elementos radioactivos, C, N,S

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

• 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

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

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

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

• 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

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

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

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

FITOTOXINAS

• Ácido para-amino-benzoico. Ácido cumárico. Ácido acético. Ácido butírico. Ácido benzóico. HCN. H2S. Ácidos alifáticos (en ambientes anaeróbicos) y son más tóxicos

•

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

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

ENZIMAS

• Más de 50 enzimas han sido detectadas en la rizosfera

• Hidrolasas, pectinasas, ADNasas, oxidorreductasa, que regulan los procesos biológicos en este habitat

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

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

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

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

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

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

A

CD

E

F

B

G

Distribución de diferentes tipos de microorganismos en las raíces

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)

ESTADO FENOLOGICO

• Comienza a manifestarse en la germinación por aportes de microorganismos de la espermatosfera y/o del suelo

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

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

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

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

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

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)

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

OTROS EFECTOS (pH)

• La vegetación puede variar el pH (ácido o básico)

• Bosques de Coníferas (acidifican) predominan los Hongos

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

• 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

• antibióticos, auxinas, glicósidos, ácido cianhidríco, péptidos, saponinas, CO2, alcoholes, sustancias quelantes

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