Las Microbacteriaceae son una familia de bacterias del orden Actinomycetales . Son organismos grampositivos del suelo .
Filogenia [ editar ]
La taxonomía actualmente aceptada se basa en la Lista de nombres procariotas con Permanente en la Nomenclatura (LPSN) [7] y Centro Nacional de Información Biotecnológica (NCBI) [8] y la filogenia se basa en la versión 106 de LTP basada en ARNr 16S 106 por The All -Proyecto de árbol vivo de especies [9]
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Notas:
♠ Cepas encontradas en el Centro Nacional de Información Biotecnológica (NCBI) pero que no figuran en la Lista de nombres procariotas con nomenclatura permanente (LPSN)
♠ Cepas encontradas en el Centro Nacional de Información Biotecnológica (NCBI) pero que no figuran en la Lista de nombres procariotas con nomenclatura permanente (LPSN)
La microbiología del suelo es el estudio de microorganismos en el suelo , sus funciones y cómo afectan las propiedades del suelo. Se cree que entre dos y cuatro mil millones de años, las primeras bacterias y microorganismos antiguos surgieron en los océanos de la Tierra. Estas bacterias podrían fijar nitrógeno , multiplicado en el tiempo , y como resultado liberaron oxígeno a la atmósfera. [1] [2] Esto condujo a microorganismos más avanzados, [3] [4] que son importantes porque afectan la estructura del suelo y la fertilidad. Los microorganismos del suelo se pueden clasificar como bacterias , actinomicetos ,hongos , algas y protozoos . Cada uno de estos grupos tiene características que los definen y sus funciones en el suelo. [5]
Hasta 10 mil millones de células bacterianas habitan cada gramo de suelo en y alrededor de las raíces de las plantas, una región conocida como la rizosfera . En 2011, un equipo detectó más de 33,000 especies bacterianas y arqueales en las raíces de remolacha azucarera . [6]
La composición del rizobioma puede cambiar rápidamente en respuesta a los cambios en el entorno circundante.
Bacterias [ editar ]
Las bacterias y las arqueas son los organismos más pequeños en el suelo, aparte de los virus . Las bacterias y las arqueas son procariotas . Todos los demás microorganismos son eucariotas , lo que significa que tienen una estructura celular más avanzada con orgánulos internos y la capacidad de reproducirse sexualmente. Un procariota tiene una estructura celular muy simple sin orgánulos internos. [5] Las bacterias y las arqueas son los microorganismos más abundantes en el suelo y sirven para muchos propósitos importantes, incluida la fijación de nitrógeno. [7]
Procesos bioquímicos [ editar ]
Una de las características más distinguidas de las bacterias es su versatilidad bioquímica. [8] Un género bacteriano llamado Pseudomonas puede metabolizar una amplia gama de productos químicos y fertilizantes. Por el contrario, otro género conocido como Nitrobacter solo puede obtener su energía al convertir el nitrito en nitrato , que también se conoce como oxidación. El género Clostridium es un ejemplo de versatilidad bacteriana porque, a diferencia de la mayoría de las especies, puede crecer en ausencia de oxígeno, respirando anaeróbicamente . Varias especies de Pseudomonas , como Pseudomonas aeruginosason capaces de respirar tanto aeróbicamente como anaeróbicamente, usando nitrato como el receptor de electrones terminal . [7]
Fijación de nitrógeno [ editar ]
El nitrógeno es a menudo el nutriente más limitante en el suelo y el agua. Las bacterias son responsables del proceso de fijación de nitrógeno , que es la conversión de nitrógeno atmosférico en compuestos que contienen nitrógeno (como el amoníaco ) que pueden ser utilizados por las plantas. Las bacterias autótrofas obtienen su energía al producir sus propios alimentos a través de la oxidación, como la Nitrobacterespecies, en lugar de alimentarse de plantas u otros organismos. Estas bacterias son responsables de la fijación de nitrógeno. La cantidad de bacterias autotróficas es pequeña en comparación con las bacterias heterotróficas (lo contrario de las bacterias autótrofas, las bacterias heterotróficas adquieren energía al consumir plantas u otros microorganismos), pero son muy importantes porque casi todas las plantas y organismos requieren nitrógeno de alguna manera. [5]
Actinomicetos [ editar ]
Los actinomicetos son microorganismos del suelo. Son un tipo de bacteria, pero comparten algunas características con los hongos que probablemente son el resultado de una evolución convergente debido a un hábitat y estilo de vida común. [9]
Similitudes con los hongos [ editar ]
Aunque son miembros del reino de las bacterias, muchos actinomicetos comparten características con los hongos, incluidas la forma y las propiedades de ramificación, la formación de esporas y la producción secundaria de metabolitos .
- El micelio se ramifica de manera similar a la de los hongos.
- Forman micelio aéreo y conidios.
- Su crecimiento en cultivo líquido se produce como grumos o gránulos distintos, en lugar de como una suspensión turbia uniforme como en las bacterias.
Antibióticos [ editar ]
Una de las características más notables de los actinomicetos es su capacidad para producir antibióticos. La estreptomicina , la neomicina , la eritromicina y la tetraciclina son solo algunos ejemplos de estos antibióticos. La estreptomicina se usa para tratar la tuberculosis y las infecciones causadas por ciertas bacterias y la neomicina se usa para reducir el riesgo de infección bacteriana durante la cirugía. La eritromicina se usa para tratar ciertas infecciones causadas por bacterias, como bronquitis, tos ferina (tos ferina), neumonía e infecciones de oído, intestino, pulmón, tracto urinario y piel.
Hongos [ editar ]
Los hongos son abundantes en el suelo, pero las bacterias son más abundantes. Los hongos son importantes en el suelo como fuentes de alimento para otros organismos más grandes, patógenos, relaciones simbióticas beneficiosas con plantas u otros organismos y la salud del suelo . Los hongos se pueden dividir en especies basándose principalmente en el tamaño, la forma y el color de sus esporas reproductivas, que se utilizan para reproducirse. La mayoría de los factores ambientales que influyen en el crecimiento y la distribución de bacterias y actinomicetos también influyen en los hongos. La calidad y la cantidad de materia orgánica en el suelo tiene una correlación directa con el crecimiento de hongos, porque la mayoría de los hongos consumen materia orgánica para la nutrición. Los hongos prosperan en ambientes ácidos, mientras que las bacterias y los actinomicetos no pueden sobrevivir en ácido, lo que resulta en una abundancia de hongos en áreas ácidas.[ cita requerida ] Los hongos también crecen bien en suelos secos y áridos porque los hongos son aeróbicos o dependen del oxígeno, y cuanto mayor es el contenido de humedad en el suelo, menos oxígeno está presente para ellos.
Algas [ editar ]
Las algas pueden producir sus propios nutrientes a través de la fotosíntesis . La fotosíntesis convierte la energía de la luz en energía química que puede almacenarse como nutrientes. Para que las algas crezcan, deben exponerse a la luz porque la fotosíntesis requiere luz, por lo que las algas generalmente se distribuyen uniformemente donde haya luz solar y humedad moderada. Las algas no tienen que estar expuestas directamente al sol, pero pueden vivir debajo de la superficie del suelo dadas las condiciones uniformes de temperatura y humedad. Las algas también son capaces de realizar la fijación de nitrógeno. [5]
Tipos [ editar ]
Las algas se pueden dividir en tres grupos principales: las Cyanophyceae , las Chlorophyceae y las Bacillariaceae . Las Cyanophyceae contienen clorofila , que es la molécula que absorbe la luz solar y utiliza esa energía para producir carbohidratos a partir de dióxido de carbono y agua y también pigmentos que lo hacen de color azul verdoso a violeta. Las Chlorophyceae generalmente solo contienen clorofila, lo que las hace verdes, y las Bacillariaceae contienen clorofila y pigmentos que hacen que las algas sean de color marrón. [5]
Algas azul-verdes y fijación de nitrógeno [ editar ]
Las algas verdeazuladas o Cyanophyceae son responsables de la fijación de nitrógeno. La cantidad de nitrógeno que fijan depende más de factores fisiológicos y ambientales que de las capacidades del organismo. Estos factores incluyen la intensidad de la luz solar, la concentración de fuentes de nitrógeno inorgánico y orgánico y la temperatura ambiente y la estabilidad. [9]
Protozoos [ editar ]
Los protozoos son organismos eucariotas que fueron algunos de los primeros microorganismos en reproducirse sexualmente, un paso evolutivo significativo de la duplicación de esporas, como aquellos de los que dependen muchos otros microorganismos del suelo. Los protozoos se pueden dividir en tres categorías: flagelados , amebas y ciliados . [9]
Flagelados [ editar ]
Los flagelados son los miembros más pequeños del grupo de protozoos, y se pueden dividir aún más en función de si pueden participar en la fotosíntesis. Los flagelados que no contienen clorofila no son capaces de fotosíntesis porque la clorofila es el pigmento verde que absorbe la luz solar. Estos flagelados se encuentran principalmente en el suelo. Los flagelados que contienen clorofila generalmente ocurren en condiciones acuáticas. Los flagelados se pueden distinguir por sus flagelos, que es su medio de movimiento. Algunos tienen varios flagelos, mientras que otras especies solo tienen uno que se asemeja a una rama larga o apéndice. [9]
Amebas [ editar ]
Las amebas son más grandes que los flagelados y se mueven de manera diferente. Las amebas se pueden distinguir de otros protozoos por sus propiedades similares a babosas y pseudopodios . Un pseudopodio o "pie falso" es una obstrucción temporal del cuerpo de la ameba que ayuda a arrastrarla a lo largo de las superficies para moverse o ayuda a atrapar los alimentos. La ameba no tiene apéndices permanentes y el pseudopodio tiene una consistencia más parecida a un limo que un flagelo. [9]
Ciliados [ editar ]
Los cilios son los más grandes del grupo de los protozoos, y se mueven por medio de numerosos cilios cortos que producen movimientos de paliza. Los cilios se parecen a pelos pequeños y cortos. Pueden moverse en diferentes direcciones para mover el organismo, dándole más movilidad que los flagelados o las amebas. [9]
Regulación de composición [ editar ]
Las hormonas vegetales, el ácido salicílico , el ácido jasmónico y el etileno son reguladores clave de la inmunidad innata en las hojas de las plantas. Los mutantes deteriorados en la síntesis y señalización del ácido salicílico son hipersensibles a los microbios que colonizan la planta huésped para obtener nutrientes, mientras que los mutantes deteriorados en la síntesis y señalización del ácido jasmónico y etileno son hipersensibles a los insectos herbívoros y a los microbios que matan las células huésped para extraer nutrientes. La modulación de una comunidad de microbios diversos en las raíces de las plantas está más involucrada que la de eliminar algunos patógenos del interior de la hoja de la planta. En consecuencia, la regulación de la composición del microbioma de la raíz puede requerir mecanismos inmunes distintos de los que controlan los microbios foliares. [10]
Un estudio de 2015 analizó un panel de mutantes de la hormona Arabidopsis deteriorados en la síntesis o señalización de hormonas vegetales individuales o combinadas, la comunidad microbiana en el suelo adyacente a la raíz y en las bacterias que viven dentro del tejido radicular. Los cambios en la señalización del ácido salicílico estimularon un cambio reproducible en la abundancia relativa de filamentos bacterianos en el compartimento endofítico. Estos cambios fueron consistentes en muchas familias dentro de los filos afectados , lo que indica que el ácido salicílico puede ser un regulador clave de la estructura comunitaria del microbioma. [10]
Las hormonas clásicas de defensa de las plantas también funcionan en el crecimiento de las plantas, el metabolismo y las respuestas de estrés abiótico, ocultando el mecanismo preciso por el cual el ácido salicílico regula este microbioma. [10]
Durante la domesticación de las plantas, los humanos seleccionaron los rasgos relacionados con el mejoramiento de las plantas, pero no las asociaciones de plantas con un microbioma beneficioso. Incluso los cambios menores en la abundancia de ciertas bacterias pueden tener un efecto importante en las defensas y la fisiología de las plantas, con solo efectos mínimos en la estructura general del microbioma. [10]
Aplicaciones [ editar ]
Agricultura [ editar ]
Los microbios pueden poner a disposición de las plantas nutrientes y minerales en el suelo, producir hormonas que estimulan el crecimiento, estimulan el sistema inmunitario de las plantas y desencadenan o amortiguan las respuestas al estrés. En general, un microbioma del suelo más diverso produce menos enfermedades de las plantas y un mayor rendimiento.
La agricultura puede destruir el riziobioma del suelo (ecosistema microbiano) al usar enmiendas del suelo como fertilizantes y pesticidas sin compensar sus efectos. Por el contrario, un suelo saludable puede aumentar la fertilidad de múltiples maneras, incluido el suministro de nutrientes como el nitrógeno y la protección contra plagas y enfermedades, al tiempo que reduce la necesidad de agua y otros insumos. Algunos enfoques pueden incluso permitir la agricultura en suelos que nunca se consideraron viables. [6]
El grupo de bacterias llamadas rizobios viven dentro de las raíces de las legumbres y fijan el nitrógeno del aire en una forma biológicamente útil. [6]
Las micorrizas u hongos radicales forman una densa red de filamentos delgados que llegan muy lejos en el suelo, actuando como extensiones de las raíces de las plantas en las que viven o viven. Estos hongos facilitan la absorción de agua y una amplia gama de nutrientes. [6]
Hasta el 30% del carbono fijado por las plantas se excreta de las raíces como los llamados exudados, que incluyen azúcares, aminoácidos , flavonoides , ácidos alifáticos y ácidos grasos , que atraen y alimentan especies microbianas beneficiosas mientras repelen y matan las dañinas. [6]
Actividad comercial [ editar ]
Casi todos los microbios registrados son bioplaguicidas , que producen alrededor de $ 1 mil millones anuales, menos del 1% del mercado de enmiendas químicas, estimado en $ 110 mil millones. Algunos microbios se han comercializado durante décadas, como los hongos Trichoderma que suprimen otros hongos patógenos y el asesino de orugas Bacillus thuringiensis . Serenade es un bioplaguicida que contiene una cepa de Bacillus subtilis que tiene propiedades antifúngicas y antibacterianas y promueve el crecimiento de las plantas. Se puede aplicar en forma líquida en las plantas y en el suelo para combatir una variedad de patógenos. Ha encontrado aceptación tanto en la agricultura convencional como en la orgánica.
Empresas agroquímicas como Bayer han comenzado a invertir en la tecnología. En 2012, Bayer compró AgraQuest por $ 425 millones. Su presupuesto anual de investigación de € 10 millones financia pruebas de campo de docenas de nuevos hongos y bacterias para reemplazar pesticidas químicos o para servir como bioestimulantes para promover la salud y el crecimiento de los cultivos. Novozymes , una compañía que desarrolla fertilizantes y pesticidas microbianos, forjó una alianza con Monsanto . Novozymes invirtió en un biofertilizante que contiene el hongo del suelo Penicillium bilaiae y un bioinsecticida que contiene el hongo Metarhizium anisopliae . En 2014, Syngenta y BASF adquirieron empresas que desarrollan productos microbianos, al igual que Dupont en 2015.[6]
Un estudio de 2007 mostró que una simbiosis compleja con hongos y virus hace posible que una hierba llamada Dichanthelium lanuginosum prospere en suelos geotérmicos en el Parque Nacional de Yellowstone , donde las temperaturas alcanzan los 60 ° C (140 ° F). Introducidos en el mercado estadounidense en 2014 para el maíz y el arroz, desencadenan una respuesta adaptativa al estrés. [6]
Tanto en los EE. UU. Como en Europa, las empresas deben proporcionar a las autoridades reguladoras pruebas de que tanto las cepas individuales como el producto en su conjunto son seguros, lo que lleva a muchos productos existentes a etiquetarse como "bioestimulantes" en lugar de " bioplaguicidas ". [6]
Microbios inútiles [ editar ]
Un organismo unicelular similar a un hongo llamado Phytophthora infestans , responsable del tizón de la papa y otras enfermedades de los cultivos, ha causado hambrunas a lo largo de la historia. Otros hongos y bacterias causan la descomposición de las raíces y las hojas. [6]
Muchas cepas que parecían prometedoras en el laboratorio a menudo no demostraron ser efectivas en el campo, debido a los efectos del suelo, el clima y el ecosistema, lo que llevó a las empresas a saltear la fase de laboratorio y enfatizar las pruebas de campo. [6]
Fade [ editar ]
Las poblaciones de microbios beneficiosos pueden disminuir con el tiempo. La serenata estimula una alta densidad inicial de B. subtilis , pero los niveles disminuyen porque la bacteria carece de un nicho defendible. Una forma de compensar es usar múltiples cepas colaboradoras. [6]
Los fertilizantes agotan el suelo de materia orgánica y oligoelementos, causan salinización y suprimen las micorrizas; También pueden convertir las bacterias simbióticas en competidores. [6]
Proyecto piloto [ editar ]
Un proyecto piloto en Europa usó un arado para aflojar levemente el suelo. Plantaron avena y arveja , que atrae bacterias fijadoras de nitrógeno. Plantaron pequeños olivos para aumentar la diversidad microbiana. Dividieron un campo de 100 hectáreas sin riego en tres zonas, una tratada con fertilizantes químicos y pesticidas; y los otros dos con diferentes cantidades de un biofertilizante orgánico , que consiste en restos de uvas fermentadas y una variedad de bacterias y hongos, junto con cuatro tipos de esporas de micorrizas. [6]
Los cultivos que habían recibido la mayor cantidad de fertilizante orgánico habían alcanzado casi el doble de la altura de los de la zona A y eran pulgadas más altos que la zona C. El rendimiento de esa sección era igual al de los cultivos de regadío, mientras que el rendimiento de la técnica convencional era insignificante. La micorriza había penetrado en la roca excretando ácidos, permitiendo que las raíces de las plantas alcanzaran casi 2 metros en el suelo rocoso y llegaran al agua subterránea .
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