MICROBIOLOGÍA AGRÍCOLA
MICROBIOLOGÍA AGRÍCOLA
Y AMBIENTAL
Y AMBIENTAL
2014
2014
Facultad de Agronomía
Facultad de Agronomía
Universidad de Buenos Aires
Universidad de Buenos Aires
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CRONOGRAMA DE MICROBIOLOGÍA AGRÍCOLA Y AMBIENTAL 2014 CRONOGRAMA DE MICROBIOLOGÍA AGRÍCOLA Y AMBIENTAL 2014
Turnos Miércoles 9-12h y 14 -17h Turnos Miércoles 9-12h y 14 -17h Fecha
Fecha Tema Tema / / ActividadActividad 12/3
12/3 Temas teóricos: Los microorganismos y el ambiente. Características anatómicas de la célula (procariota y eucariota). Nutrición microbiana.
19/3
19/3 Temas teóricos: Efectos de las condiciones ambientales sobre el desarrollo de los
microorganismos. Control del crecimiento. Resolución de Problemas de nutrición y control del crecimiento.
Comienzo del trabajo práctico (T.P.)
Comienzo del trabajo práctico (T.P.) microorganismos en el ambientemicroorganismos en el ambiente(LABORATORIO) 26/3
26/3 Temas teóricos: Características de la multiplicación celular. Concepto de colonia. Cultivo puro y aislamiento. Resolución de Problemas de crecimiento.
Finaliza TP
Finaliza TPmicroorganismos en el ambiente:microorganismos en el ambiente:Observación placas..(LABORATORIO).. 9/4
9/4 Temas teóricos: Clasificación taxonómica y filogenia microbiana. El suelo como ambiente para los microorganismos. El agua como ambiente para los microorganismos. Resolución de problemas.
16/4
16/4 Comienza TP de aislamiento:Comienza TP de aislamiento:Siembra en medios de cultivo y aislamiento a partir de una muestra de suelo. (LABORATORIO).
Resolución de Problemas. Parcialito 1.
Parcialito 1. 23/4
23/4 Temas teóricos: Ciclo del carbono. Continúa TP de aislamiento:
Continúa TP de aislamiento:siembra de la segunda placa de aislamiento (LABORATORIO) 30/4
30/4 Temas teóricos: Ciclo del nitrógeno. Mineralización. Nitrificación. Desnitrificación. Continúa TP de aislamiento:
Continúa TP de aislamiento:siembra de tubos pico de flauta. (LABORATORIO). 7/5
7/5 Temas teóricos: Continuación de ciclo del nitrógeno. Fijación biológica de nitrógeno. Finaliza TP de aislamiento
Finaliza TP de aislamiento: Coloración de Gram. (LABORATORIO). 14/5
14/5 Temas teóricos: Ciclo del fósforo. Bacterias solubilizadoras de fósforo. Micorrizas. Observación de preparados de micorrizas.
Observación de preparados de micorrizas. (LABORATORIO) Parcialito 2.
Parcialito 2. 21/5
21/5 Temas teóricos: Transformaciones microbianas del azufre y del hierro.
Comienzo del T.P. de aislamiento de rizobios a partir de nódulos y observación de Comienzo del T.P. de aislamiento de rizobios a partir de nódulos y observación de bacteroides
bacteroides. (LABORATORIO) 28/5
28/5 Temas teóricos: Otros nichos microbianos de importancia económica: ensilado de forrajes, compost, rumen y biogás.
Continúa T.P. aislamiento de rizobios:
Continúa T.P. aislamiento de rizobios: observación de placa de aislamiento y siembra de una segunda placa. (LABORATORIO)
4/6
4/6 Temas teóricos: Biorremediación. Resolución de problemas. Continúa T.P. aislamiento de rizobios:
Continúa T.P. aislamiento de rizobios: siembra de tubos pico de flauta. (LABORATORIO) 11/6
11/6 Finaliza T.P. aislamiento de rizobios:Finaliza T.P. aislamiento de rizobios: coloración de Gram. Parcialito 3.
Parcialito 3. 18/6
18/6 Elaboración de informes de los trabajos prácticos (duración 2 h).Elaboración de informes de los trabajos prácticos (duración 2 h).Repaso y consultas. 25/6
25/6 PARCIAL INTEGRADORPARCIAL INTEGRADOR 2/7
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CRONOGRAMA DE MICROBIOLOGÍA AGRÍCOLA Y AMBIENTAL 2014 CRONOGRAMA DE MICROBIOLOGÍA AGRÍCOLA Y AMBIENTAL 2014
CURSAD
CURSADA Turnos Jueves 8:00 -11A Turnos Jueves 8:00 -11:00 h, :00 h, 13 - 16 h13 - 16 h y 18y 18 – 21h 21h
Fecha
Fecha Tema Tema / / ActividadActividad 13/3
13/3 Temas teóricos: Los microorganismos y el ambiente. Características anatómicas de la célula (procariota y eucariota). Nutrición microbiana.
20/3
20/3 Temas teóricos: Efectos de las condiciones ambientales sobre el desarrollo de los
microorganismos. Control del crecimiento. Resolución de Problemas de nutrición y control del crecimiento.
Comienzo del trabajo práctico (T.P.)
Comienzo del trabajo práctico (T.P.) microorganismos en el ambientemicroorganismos en el ambiente(LABORATORIO) 3/4
3/4 Temas teóricos: Características de la multiplicación celular. Concepto de colonia. Cultivo puro y aislamiento. Resolución de Problemas de crecimiento.
Finaliza TP
Finaliza TPmicroorganismos en el ambiente:microorganismos en el ambiente:Observación placas..(LABORATORIO).. 10/4
10/4 Temas teóricos: Clasificación taxonómica y filogenia microbiana. El suelo como ambiente para los microorganismos. El agua como ambiente para los microorganismos. Resolución de problemas.
17/4
17/4 Comienza TP de aislamiento:Comienza TP de aislamiento:Siembra en medios de cultivo y aislamiento a partir de una muestra de suelo. (LABORATORIO).
Resolución de Problemas. Parcialito 1.
Parcialito 1. 24/4
24/4 Temas teóricos: Ciclo del carbono. Continúa TP de aislamiento:
Continúa TP de aislamiento:siembra de la segunda placa de aislamiento (LABORATORIO) 8/5
8/5 Temas teóricos: Ciclo del nitrógeno. Mineralización. Nitrificación. Desnitrificación. Continúa TP de aislamiento:
Continúa TP de aislamiento:siembra de tubos pico de flauta. (LABORATORIO). 15/5
15/5 Temas teóricos: Continuación de ciclo del nitrógeno. Fijación biológica de nitrógeno. Finaliza TP de aislamiento
Finaliza TP de aislamiento: Coloración de Gram. (LABORATORIO). 22/5
22/5 Temas teóricos: Ciclo del fósforo. Bacterias solubilizadoras de fósforo. Micorrizas. Observación de preparados de micorrizas.
Observación de preparados de micorrizas. (LABORATORIO) Parcialito 2.
Parcialito 2. 29/5
29/5 Temas teóricos: Transformaciones microbianas del azufre y del hierro.
Comienzo del T.P. de aislamiento de rizobios a partir de nódulos y observación de Comienzo del T.P. de aislamiento de rizobios a partir de nódulos y observación de bacteroides
bacteroides. (LABORATORIO) 5/6
5/6 Temas teóricos: Otros nichos microbianos de importancia económica: ensilado de forrajes, compost, rumen y biogás.
Finaliza T.P. aislamiento de rizobios:
Finaliza T.P. aislamiento de rizobios: coloración de Gram. (LABORATORIO 12/6
12/6 Temas teóricos: Biorremediación. Resolución de problemas. Elaboración de informes de los trabajos prácticos (duración 2 h).
Elaboración de informes de los trabajos prácticos (duración 2 h).Repaso y consultas. 19/6
19/6 Parcialito 3.Parcialito 3. 26/6
26/6 PARCIAL INTEGRADOR PARCIAL INTEGRADOR 3/7
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ÍNDICE ÍNDICE
Identificación de la asignatura……… 6
Temas de investigación de los integrantes de la cátedra y del INBA.…………...… 11 MICROBIOLOGÍA GENERAL.
Capítulo 1: La célula microbiana………... 15
Capítulo 2: Control del crecimiento………... 23
Capítulo 3: Nutrición microbiana y aislamiento………
Observación de los microorganismos Tipos de tinciones Coloración de Gram………... 23 32 32 33 Capítulo 4: Características de la multiplicación celular de los microorganismos………
Capítulo 5: Clasificación taxonómica y filogenética………
Capítulo 6: Ecología microbiana………..
Capítulo 7: Descomposición de la Materia Orgánica……… Humificación……… Deshumificación………... Producción de Biogás………. 36 51 62 102 107 109 113 Capítulo 8: Nitrógeno……… Capítulo 9: Micorrizas………
El fósforo: Importancia biológica, ciclo e interacción con micorrizas
118 149 159 Capítulo 10: Transformaciones microbianas del azufre y del hierro………. 161
Capítulo 11: Nichos ecológicos especiales……… Ensilado……… Compost………... 171 171 176 Capítulo 12: Biorremediación……… 187 Bibliografía ………..…. 199
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INFORMACIÓN GENERAL DE LA MATERIA. CONTENIDOS. RÉGIMEN DE APROBACIÓN.
1. IDENTIFICACIÓN DE LA ASIGNATURA. 1. IDENTIFICACIÓN DE LA ASIGNATURA.
Nombre:
Nombre: MICROBIOLOGÍA AGRÍCOLA Y AMBIENTAL. Cátedra:
Cátedra: Microbiología Agrícola. Departamento:
Departamento: Biología Aplicada y Alimentos. Carreras:
Carreras: Ingeniería Agronómica y Ciencias Ambientales. 2. CARACTERÍSTICAS DE LA ASIGNATURA. 2. CARACTERÍSTICAS DE LA ASIGNATURA.
Ubicación en el Plan de Estudio
Ubicación en el Plan de Estudio: en el tercer año del Ciclo General de las carreras de Ingeniería Agronómica y Licenciatura en Ciencias Ambientales (plan 2008).
Duración
Duración: cuatrimestral, 3 horas semanales.
Profesor responsable: Profesora Asociada Ing. Agr. MSc. Olga S. Correa Profesores Adjuntos:
Dra. Viviana Chiocchio(1)
Ing. Agr. Ph. D. Inés García de Salamone Dr. Marcelo Soria
Jefes de Trabajos Prácticos: Dra. Victoria Criado Ayudantes Primeros:
Dra. Marcela S. Montecchia Lic. Federico Spagnoletti Ing. Agr. Oksana Sydorenko Lic. Jimena A. Vogrig
Ing. Agr. Micaela Tosi Lic. Agustina Fernández Di Pardo Ing. Agr. Luciana Di Salvo Lic. Jhovana Escobar Ortega
Dra. Irma Roberts Ing. Agr. Eliana Wassermann
Dra. Ester Simonetti Ayudantes Segundos:
Martina González Mateu Damián Ortiz
Agustín Martinez Juan Orlowski Asistentes Alumnos:
Jessica Edith Tarche
Fernando Javier Ureta Suelgaray Sharon Leila Fingier
(1) Coordinadora de la Cursada 2014-2015. Consultas al correo electrónico [email protected] o en la Cátedra de Microbiología Agrícola.
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Sede de la Cátedra
Sede de la Cátedra
Pabellón Microbiología, situado al final del camino paralelo a las vías del ferrocarril y enfrentado al andén de la estación Arata. Edificio 19 en el plano de la FAUBA http://www.agro.uba.ar/ubicacion/plano).
3. FUNDAMENTACIÓN 3. FUNDAMENTACIÓN
Esta materia pretende otorgar al estudiante los conocimientos básicos sobre la biología y ecofisiología de los microorganismos. Para la formación de los futuros egresados es de fundamental importancia conocer el rol de los microorganismos en el ambiente que nos rodea, su participación en los ciclos biogeoquímicos, sus interacciones con otros microorganismos, animales o plantas, y su relación con los procesos agropecuarios y ambientales.
4. OBJETIVOS 4. OBJETIVOS
Introducir al alumno en el conocimiento del mundo microbiano y la participación de los microorganismos en ecosistemas naturales y antrópicos.
Objetivos particulares:
1. Adquirir conocimientos básicos de microbiología: crecimiento, nutrición, esterilización, aislamiento, taxonomía y ecología microbiana.
2. Discutir la distribución de los microorganismos en la naturaleza, los nichos ecológicos que pueden ocupar y su diversidad metabólica.
3. Conocer la acción biotransformadora de los microorganismos sobre el ambiente y su rol en los ciclos biogeoquímicos del carbono, nitrógeno, azufre, fósforo, hierro, etc. 4. Adquirir conocimientos sobre las interacciones microorganismo-planta y su aplicación
práctica en sistemas agrícolas.
5. Analizar el rol de los microorganismos en nichos ecológicos especiales con relevancia agronómica y ambiental, tales como suelos, aguas, el ensilado de forrajes, compostaje y rumen.
5.
5. CONTENIDOSCONTENIDOS
1. Las características anatómicas de la célula procariótica (bacterias y arqueas) y sus diferencias fundamentales con las células eucarióticas (hongos y levaduras) y con los virus. Componentes de la célula procariótica: estructura y composición de la membrana, estructura de la pared en bacterias Gram positivas y Gram negativas. Estructuras de resistencia: formación de endosporas. Estructuras responsables de la movilidad: flagelos. quimiotaxis y fototaxis. Estructuras de la superficie bacteriana: fimbrias, pilis, cápsulas y capas mucosas. Componentes del citoplasma celular: nucleoide bacteriano, sustancias de reserva (poli-β-hidroxibutirato, glucógeno, polifosfatos, gránulos de azufre y magnetosomas). Transporte de sustancias a través de las membranas bacterianas y su importancia en la nutrición. Mecanismos de transporte: difusión simple y facilitada, transporte activo, traslocación de grupo. Mecanismos de recombinación genética en bacterias: conjugación, transformación y transducción. Regulación de la expresión de genes: el operón lactosa. Genes regulados por la
densidad celular (“quorum sensing ”).Hongos. Su biología. Metabolismo. Intervención en ciclos biogeoquímicos. Su importancia para la agricultura.
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2. Control del crecimiento microbiano: esterilización por calor, por radiación y por filtración. Diferentes métodos y su aplicación a distintos materiales. Control químico del crecimiento bacteriano: antibióticos, bactericidas, bacteriostáticos, desinfectantes y antisépticos.
3. Nutrición bacteriana. Elementos esenciales: macro y micronutrientes, y factores de crecimiento. Formas en que estos elementos se encuentran en la naturaleza y formas en que se proveen en los medios de cultivo. Medios de cultivo: clasificación en base a su composición y a la diversidad de microorganismos que pueden desarrollar en él. Categorías nutricionales de los microorganismos establecidas en base a: fuentes de energía, fuentes de carbono, y dadores de electrones. Cultivo puro de microorganismos. Técnicas de aislamiento: estría en superficie o diluciones sucesivas con o sin enriquecimiento previo.
4. Características de la multiplicación celular de los microorganismos. Métodos de determinación del crecimiento celular y parámetros que lo caracterizan. Cultivo diáuxico. Efecto de las condiciones ambientales sobre el desarrollo de los microorganismos: temperatura, concentración salina, pH, tensión de oxígeno, formas tóxicas del oxígeno y enzimas que las eliminan.
5. Clasificación taxonómica y filogenética. Dominios: Bacteria, Archaea y Eukarya, características diferenciales. Taxonomía convencional y molecular. Identificación y nomenclatura. Definición y concepto de especie. Taxonomía numérica y agrupamiento jerárquico. Taxonomía molecular: composición de bases e hibridización de ácidos
nucleicos.
6. Ecología microbiana: los microorganismos y su microambiente, ecosistemas, hábitats, nichos ecológicos. Superficies y biofilms. Competencia y cooperación. El suelo como ambiente para los microorganismos. Importancia de la ocupación de diferentes nichos ecológicos naturales por parte de los microorganismos y la resultante modificación de los mismos. Nichos ecológicos de importancia agrícola. Microorganismos del suelo y factores que afectan su distribución. Rizosfera: microorganismos de la rizosfera y su interacción con la planta. Actividad microbiana y fertilidad del suelo. Microbiología de ambientes acuáticos. Ambientes de aguas dulces y saladas. Alteraciones de los ambientes acuáticos. Ejemplos.
7. Ciclo del Carbono. Importancia de la fotosíntesis en el ciclo del Carbono. Descomposición de la materia orgánica. Utilización de hexosas, pentosas y polisacáridos. Formación y degradación de la materia orgánica del suelo: humificación y deshumificación. Transformaciones de hidrocarburos. Metanogénesis y sintrofía. Hábitats metanogénicos. Metanogénesis en los océanos. El ecosistema microbiano del rumen. Las bacterias, protistas y hongos del rumen. Dinámica del ecosistema del rumen. Otros animales herbívoros. Producción de Biogás.
8. Ciclo del nitrógeno. Utilización del nitrógeno por los microorganismos: formas nitrogenadas orgánicas e inorgánicas del suelo. Mineralización: aminización, amonificación. Inmovilización. Nitrificación. Desnitrificación. Fijación biológica simbiótica de nitrógeno: métodos de medición. Biología de Rhizobium y
Bradyrhizobium. Grupos de inoculación cruzada. Mecanismo de infección en la interacción rizobio-leguminosa. Regulación génica de la nodulación. Regulación de la fijación de nitrógeno. Producción de inoculantes para leguminosas. Otras asociaciones microbianas de importancia agrícola. Fijación simbiótica de nitrógeno: Frankia. Fijación no simbiótica de nitrógeno: Azospirillum, Azotobacter .
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9. Micorrizas. Clasificación de las micorrizas. Aspectos nutricionales. Efectos benéficos. Preparación de inoculantes. Ciclo del P.
10.Transformaciones microbianas del azufre. Ciclo biológico del S. Mineralización. Inmovilización. Oxidación del S mineral. Reducción del S orgánico. Transformaciones microbianas del hierro. Procesos de reducción- oxidación. Transformaciones directas del hierro de la forma orgánica a la forma inorgánica y viceversa. Procesos de reducción, solubilización y precipitación del Fe mediados por microorganismos en algunos tipos de suelo.
11. Nichos ecológicos especiales de utilidad agrícola. La fermentación láctica como método de conservación de forrajes en el ensilado. Biología y microorganismos del compost.
12.Biorremediación. Biorremediación in situ y ex situ de suelos. Biorremediación de aguas. Demanda biológica de oxígeno. Hidrocarburos. Residuos sólidos: su disposición en vertederos controlados. Pesticidas o xenobióticos.
6.
6. METODOLOGÍA DIDÁCTICAMETODOLOGÍA DIDÁCTICA
La materia se imparte bajo la modalidad teórico-práctica, con clases de discusión de temas teóricos y de resolución de problemas que permiten aplicar los conocimientos teóricos adquiridos. Además, en el laboratorio se llevan a cabo distintos trabajos prácticos dirigidos a la observación macro- y microscópica de microorganismos y al aislamiento de los mismos a partir de fuentes naturales (suelo, aguas, vegetales, etc.) y de nódulos de leguminosas.
Las clases teóricas son desarrolladas por los Profesores y Jefes de Trabajos Prácticos a cargo de los respectivos turnos, con la participación de ayudantes de primera debidamente formados. Las prácticas de laboratorio se desarrollan con la asistencia de los ayudantes de la Cátedra. Las estrategias didácticas utilizadas incluyen el uso de presentaciones en formato PowerPoint para ilustrar situaciones en las que el uso del pizarrón es insuficiente (estructuras celulares, coloraciones, etc.) y fundamentalmente para aquellos temas que por su complejidad o costo no se pueden desarrollar en los Trabajos Prácticos. Las clases de resolución de problemas se alternan con las actividades en el laboratorio y se resuelven fomentando la interacción de los alumnos en grupos reducidos con asistencia de los docentes.Se estimula la discusión entre docentes y alumnos para llegar a la resolución de los ejercicios planteados. En esta instancia son actores principales los ayudantes de primera y se prioriza el uso del pizarrón para presentar figuras, cuadros, esquemas, etc. En todas las instancias se pretende que los alumnos construyan y se apropien del conocimiento.
7. MÉTODO DE
7. MÉTODO DE EVALUACEVALUACIÓNIÓN
El curso tiene 4 evaluaciones intermedias (tres parcialitos cortos más un informe de laboratorio) y un examen integrador. Es posible aprobar la materia por promoción sin examen final.
• Para mantener las posibilidades depromocionarpromocionar, el promedio de las cuatro evaluaciones
intermedias tiene que ser mayor o igual que 7, independientemente de las notas individuales en cada una.
Durante la cursada se realizarán trabajos prácticos de laboratorio. Una vez finalizados se deberá redactar un informe individualinforme individual en clase, que a los efectos de la promoción o regularización contará como la cuarta evaluación intermedia.
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Al final del cuatrimestre se rendirá unexamen integradorexamen integrador. Aquellos alumnos con una calificación igual o mayor que 7 en este integrador y un promedio igual o mayor que 7 en las evaluaciones intermedias, promocionan la materia.
Si la nota del integrador es igual o mayor que 4, pero menor que 7, la condición final es regular, y se pierde la posibilidad de promocionar.
Si la nota del integrador es menor que 4, se deberá rendir un examen recuperatorio para mantener la regularidad. Aun cuando la nota en este examen recuperatorio fuera mayor que 7, ya no es posible aprobar por promoción la materia. Una nota menor que 4 en el examen recuperatorio implica perder la regularidad.
Aquellos alumnos que no cumplan con una asistencia al 75% de las clases, o no alcancen un promedio 4 en las evaluaciones intermedias, quedarán en condición libre. Nota final de la materia en el caso que el alumno promocione.
Nota promoción =
Nota promoción = 0,3 x promedio de las evaluaciones intermedias + 0,7 x nota del parcial integrador
Asistencia a las clases:
Asistencia a las clases: Es obligatoria la asistencia al 75% de las clases. Alumnos con asistencia cumplida:
Alumnos con asistencia cumplida: aquellos alumnos cuya nota promedio de las 4 evaluaciones intermedias o en el examen integrador sea inferior a 4 (cuatrocuatro) puntos pero hayan cumplido el 75% de asistencia a las clases de la materia.
Alumnos libres:
Alumnos libres: aquellos alumnos cuya nota promedio de las 4 evaluaciones intermedias o en el examen integrador sea inferior a 4 (cuatro) (cuatro) puntos y tengan menos del 75% de asistencia a las clases de la materia.
Requisitos necesarios para rendir en condición
Requisitos necesarios para rendir en condición de alumno Libre.de alumno Libre.
El alumno deberá avisar, por nota dirigida al Profesor Responsable de la Cátedra de Microbiología Agrícola, su intención de rendir examen libre, 30 días antes de la fecha de exámen a la que aspira presentarse. En ese momento acordará con el profesor a cargo el día en que comenzará su examen, el cual constará de tres partes:
a) Un cuestionario completo de los temas de trabajos prácticos, que deberá aprobar con una nota mínima de6 (seis)6 (seis) puntos para poder continuar con el examen.
b) Una práctica de laboratorio y respuestas a preguntas relacionadas con el tema en cuestión, que también deberá aprobar con una nota no inferior a 6 (seis)6 (seis) puntos. c) Un examen escrito en la fecha correspondiente, que se aprobará con4 (cuatro)4 (cuatro) puntos. Si el alumno reprobara cualquiera de las tres partes, en el acta de examen llevará la calificación de insuficiente.
8.
8. BIBLIOGRABIBLIOGRAFÍAFÍA
Al final de la guía se encuentra el apartado de la bibliografía complete aconsejada para leer y estudiar los distintos capítulos del programa de la materia.
Aleff K, Nannipieri P. 1995. Methods in Applied Soil Microbiology and Biochemistry. Academic Press Inc, NY.
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Haynes RJ. 1986. Mineral nitrogen in the plant soil system. Academic Press Inc, NY. Lengerer JW, Drwes G, Schlegel H. 1999. Biology of the Prokaryotes. Thieme, NY. Madigan MT, Martinko JM, Parker J. 2000. Brock Biología de los Microorganismos, 8a
edición. Prentice Hall.
Paul EA. 2007. Soil Microbiology and Biochemistry. Academic Press, NY. 3rd Edition. Singleton P, Sainsbury D. 1978. Dictionary of Microbiology. Wiley and Sons. Tate R. 2000. Soil Microbiology, 2ndEdition, Wiley.
Varmay A, Hock B. 1998. Mycorrhiza. Springer, NY.
CÓMO ESTÁ
CÓMO ESTÁ ORGANIZADO ORGANIZADO MATERIAL DIDÁCTICO DE MATERIAL DIDÁCTICO DE ESTA GUÍAESTA GUÍA Los contenidos TEÓRICOS están organizados en capítulos. Cada capítulo consta de:
1. Los títulos de los temas y la bibliografía de lectura OBLIGATORIA correspondiente. 2. Material didáctico preparado por los docentes de la cátedra para ALGUNOS de los
temas.
Los contenidos PRÁCTICOS: preguntas y problemas para resolver y los protocolos de trabajos prácticos, se encuentran en una entrega separada: “Guía de Actividades Prácticas de
Microbiología Agrícola y Ambiental”.
La mayor parte de los temas teóricos de la materia deberán estudiarse del libro:BrockBiologíaBiología
de los microorganismos,
de los microorganismos, mientras que algunos se complementan con material preparado por los docentes de la materia.
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TEMAS DE INVESTIGACIÓN DE LOS INTEGRANTES DE LA CÁTEDRA DE TEMAS DE INVESTIGACIÓN DE LOS INTEGRANTES DE LA CÁTEDRA DE
MICROBIOLOGÍA AGRÍCOLA Y DEL INBA MICROBIOLOGÍA AGRÍCOLA Y DEL INBA(1)(1) (1)Instituto de Investigaciones en Biociencias Agrícolas y Ambientales, CONICET/UBA.
Estudio de las comunidades microbianas y su contribución al diagnóstico de la calidad del Estudio de las comunidades microbianas y su contribución al diagnóstico de la calidad del suelo.
suelo.
Nuestro objetivo general es contribuir a un mayor conocimiento de la dinámica y biodiversidad microbiana de los suelos argentinos, analizando atributos microbiológicos, bioquímicos y fisicoquímicos de los suelos en distintos agroecosistemas. Analizamos el efecto de distintos manejos (desmonte, labranzas y fertilizaciones) y cultivos sobre las comunidades microbianas del suelo en la región de las Yungas y del oeste de la Provincia de Buenos Aires. Asimismo, evaluamos la utilidad de diversas características de las comunidades microbianas como indicadores microbiológicos para el monitoreo de la calidad de los suelos en ambas regiones. Por último, seleccionamos un conjunto mínimo de variables para el desarrollo de un índice de calidad de suelos, para ambas regiones.
Este estudio contribuirá a un mayor conocimiento del impacto del cambio de uso sobre la dinámica y biodiversidad microbiana de los suelos argentinos y permitirá profundizar en el conocimiento de cómo el recurso suelo se ve afectado por su uso agrícola.
Investigadores responsables: Investigadores responsables:
Ing. Agr. MSc Olga S. Correa [email protected]
Dra. Marcela S. Montecchia [email protected]
Dr. Marcelo A. Soria [email protected]
Integrantes del grupo: Integrantes del grupo:
Dra. Viviana Chiocchio
Ing. Agr. Micaela Tosi
Ing. Agr. Oksana Sydorenko Lic. Jimena Vogrig
Ing. Agr. Juan Orlowski
Control biológico de enfermedades fúngicas en plantas de interés agrícola. Control biológico de enfermedades fúngicas en plantas de interés agrícola.
El control biológico de fitopatógenos permite, en esquemas de producción convencional, reducir la dosis de aplicación de productos de síntesis química y reemplazar a los mismos en sistemas de producción orgánica. El propósito general de este proyecto es el empleo de bacterias seleccionadas y sus productos para el control de enfermedades que perjudican el crecimiento y productividad de diferentes cultivos. Estudiamos los mecanismos responsables de la actividad bacteriana antifúngica, el impacto de los agentes de biocontrol sobre las comunidades microbianas del suelo y su efecto sobre el crecimiento vegetal. Asimismo, desarrollamos formulaciones y tecnologías de aplicación posibles.
Investigadores responsables: Investigadores responsables:
Ing. Agr. MSc Olga S. Correa [email protected]
Dra. Marcela S. Montecchia [email protected]
Dr. Marcelo A. Soria [email protected]
Estudiante Agustín Martinez
Estudiante Damián Ortiz
Lic. Martina Gonzalez Mateu EstudianteJessica Edith Tarche
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Integrantes del grupo: Integrantes del grupo:
Ing. Agr. Oksana Sydorenko.
Ing. Agr. Miriam Asselborn. Fitopatología. EEA Concepción del Uruguay-INTA. Dra. Virginia Pedraza. Fitopatología. EEA Concepción del Uruguay-INTA. Bacterias promotoras del crecimiento vegetal
Bacterias promotoras del crecimiento vegetal para una agricultura sustentable.para una agricultura sustentable.
Uno de los desafíos de este milenio es la producción agrícola sustentable. Dentro de ese esquema la utilización de bacterias promotoras del crecimiento vegetal (BPCV) permite reducir o reemplazar la aplicación de fertilizantes químicos sin pérdidas en el rendimiento. Nuestro objetivo es seleccionar y evaluar bacterias que sean capaces de promover el crecimiento vegetal y rendimiento de cultivos de interés agrícola. Además, estudiar los mecanismos responsables de tal actividad, determinar dosis y forma de aplicación, y evaluar el impacto sobre otros microorganismos del suelo y de la filosfera y sobre aspectos nutricionales de los cultivos tratados con dichas BPCV.
Investigadores responsables: Investigadores responsables:
Ing. Agr. MSc Olga S. Correa [email protected]
Dra. Marcela S. Montecchia [email protected]
Integrantes del grupo: Integrantes del grupo:
Estudiante Brenda Parolin
Ing. Agr. MSc Esteban J. Rubio. EEA AMBA-INTA
Ing. Agr. Alejandro Perticari. Lab. BPCV-IMYZA-INTA Castelar
Factores externos y mecanismos internos que regulan la removilización de nutrientes en Factores externos y mecanismos internos que regulan la removilización de nutrientes en cebada cervecera y su implicancia sobre la calidad de
cebada cervecera y su implicancia sobre la calidad de los granos.los granos.
Se estudian los procesos fisiológicos, bioquímicos y moleculares que determinan las fluctuaciones en la removilización de nutrientes ante los estreses abióticos que más frecuentemente limitan el rendimiento del cultivo de cebada en la región Pampeana. Asimismo, se evalúa la capacidad de diferentes microorganismos simbióticos para mitigar dichos estreses. Se otorga especial énfasis al efecto de estos procesos sobre los parámetros que determinan la calidad de los granos.
Investigadoras responsables: Investigadoras responsables:
Dra. Victoria Criado [email protected]
Dra. Irma Roberts [email protected]
Dra. Carla Caputo
Integrantes del grupo: Integrantes del grupo:
Dra. Mariela Echeverria Lic. Cintia Veliz
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Efecto de la rotación de cultivos en sistemas de siembra Efecto de la rotación de cultivos en sistemas de siembra directa.directa.
El objetivo de este proyecto es establecer los efectos de los cultivos dentro de la rotación en sistemas de siembra sobre la actividad y diversidad biológica de la microbiota del suelo en distintas regiones de la región pampeana. Se busca establecer relaciones entre variables biológicas entre sí y con variables químicas y físicas a fin de obtener indicadores de calidad
edáfica.
Biorremediación de suelos. Biorremediación de suelos.
Estudio de la dinámica de las poblaciones microbianas en suelos contaminados con petróleo y derivados.
Interacciones Bacteria-Planta: promoción del crecimiento vegetal producida por Interacciones Bacteria-Planta: promoción del crecimiento vegetal producida por rizobacterias. Efectos sobre las comunidades microbianas rizosfericas.
rizobacterias. Efectos sobre las comunidades microbianas rizosfericas.
Aislamiento y caracterización fisiológica y genética de rizobacterias para su utilización como promotoras del crecimiento vegetal (PGPR).
Estudio de mecanismos involucrados en la respuesta de plantas forrajeras y cereales tales como arroz, maíz y trigo a la inoculación con rizobacterias en condiciones de campo. Evaluación de inoculantes.
Investigadora responsable Investigadora responsable:
Ing. Agr., M.Sc., Ph.D. Inés E. García de Salamone [email protected]
Integrantes del grupo Integrantes del grupo:
Ing. Agr. Luciana Di Salvo
Lic. Jhovana Escobar Ortega
Hongos saprobios de suelo y endófitos de raíz (micorrizas y hongos septados oscuros). Hongos saprobios de suelo y endófitos de raíz (micorrizas y hongos septados oscuros). Este grupo de trabajo se ocupa de investigar las relaciones que se establecen entre los hongos y los distintos grupos de plantas dentro del agroecosistema. Los estudios se encuentran focalizados en la utilización de estos microorganismos como biorremediadores, removilizadores y translocadores de nutrientes dentro de la planta (P, N) y en su rol frente a estreses abióticos.
Investigadores responsables Investigadores responsables:
Dra. Viviana M. Chiocchio [email protected]
Ing. Agr. Raúl Lavado
Integrantes
Integrantes del grupo:del grupo:
Lic. Federico Spagnoletti Lic. Agustina Fernández di Pardo
14
INTRODUCCIÓN A LA
MICROBIOLOGÍA
15
CAPÍTULO 1 CAPÍTULO 1
LA CÉLULA MICROBIANA LA CÉLULA MICROBIANA
Características anatómicas de las células procarióticas (bacterias y arqueas) y sus diferencias fundamentales con las células eucarióticas (hongos y levaduras) y con los virus. Viroides y priones. Componentes de la célula procariótica: estructura y composición de la membrana celular. Estructura de la pared en bacterias Gram positivas y Gram negativas. Estructuras de resistencia y formación de endosporas. Estructuras responsables de la movilidad: flagelos. Quimiotaxis y fototaxis. Estructuras de la superficie bacteriana: fimbrias, pilis cápsulas y capas mucosas. Componentes del citoplasma celular: nucleoide bacteriano, sustancias de reserva poli-hidroxibutirato, glucógeno, polifosfatos, gránulos de azufre y magnetosomas. Transporte de sustancias a través de las membranas bacterianas y su importancia en la nutrición. Mecanismos de transporte: difusión simple y facilitada, transporte activo, translocación de grupo.
Material de estudio: Madigan MT, Martinko JM, Parker J. 2000. Brock Biología de los Microorganismos, 8a edición. Prentice Hall.
Célula bacteriana: Capítulos: 1 (completo) y 3 (completo) Virus: Capítulo 8 (8.1 a 8.7 y 8.23)
Hongos y levaduras: Capítulo 18 (18.2 y 18.3) Biología de los hongos
Biología de los hongos
Hongos. Su biología. Metabolismo. Intervención en ciclos biogeoquímicos. Su importancia para la agricultura.
Introducción Introducción
Los hongos son un grupo de microorganismos que cuenta con aproximadamente 69.000 especies descriptas, sobre aproximadamente 1.500.000 especies existentes. Se encuentran en la naturaleza cumpliendo múltiples funciones y establecen relaciones con el resto de los microorganismos. Son ubicuos, los podemos encontrar en el aire en forma de esporas, en la tierra o en ambientes acuáticos de agua dulce o salada.
Los hongos tienen importancia económica para la industria debido a su utilización para la producción de enzimas. Éstas son utilizadas como bioblanqueadores, en panificación, en la extracción y purificación de jugos, en la elaboración de alimentos para animales, etc. También son productores de terpenos, ácidos grasos (ergosterol) y derivados de aminoácidos (penicilina, cefalosporina). Asimismo, las levaduras son utilizadas en procesos fermentativos involucrados en la producción de cervezas y vinos, producción comercial de ácido cítrico, de sustancias que le dan sabores a los quesos y también son utilizados en la cocina como un ingrediente selecto. Algunas especies de hongos pueden estar en la naturaleza como organismos patógenos invadiendo maderas, colonizando a otros hongos, a animales o humanos. Su principal función, junto con las bacterias, es la de descomposición. Intervienen en el ciclaje del C, N y O.
Su ubicación taxonómica fue inicialmente dentro de las talófitas junto con las plantas y los animales. Actualmente se considera que pertenecen a un reino propio. ¿Por qué creemos que reúnen las características suficientes para conformar un reino propio? Son organismos
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eucariotas, inmóviles en su inmensa mayoría, tienen una pared celular formada principalmente por quitina junto con otros polisacáridos, lípidos y proteínas y carecen de clorofila.
El reino de los hongos se encuentra dividido en cinco Phyla:
a) Phylum Chytridiomycota: el cual posee un micelio cenocítico y se puede reproducir sexual o asexualmente. Las esporas son flageladas (zoosporas).
b) Phylum Zygomycota: el micelio es cenocítico y puede formar esporas sexuales (zigosporas) en el interior del zigosporangio y esporas asexuales dentro del esporangio.
c) Phylum Glomeromycota: el micelio también es cenocítico. Establecen una simbiosis obligada con las raíces de las plantas (micorrizas arbusculares).
d) Phylum Ascomycota: tienen micelio septado con formación de esporas sexuales llamadas ascosporas formadas dentro de ascos que se encuentran rodeados de una estructura derivada de hifas fúngicas llamadas ascocarpos (cleistotecio, peritecio, apotecio).
e) Phylum Basidiomycota: tiene un micelio septado con formación de esporas sexuales llamadas basidiosporas las cuales se producen sobre basidios que se encuentran en una estructura llamada basidiocarpo.
f) Grupo de Deuteromycota o de hongos mitospóricos también llamados hongos imperfectos por desconocerse de muchos de ellos la fase sexual. El micelio es septado y las esporas asexuales son llamadas comúnmente conidios. Estos conidios pueden formarse sobre hifas especializadas o dentro de una estructura derivada de hifas fúngicas.
¿Cuáles son las estructuras vegetativas de los ¿Cuáles son las estructuras vegetativas de los hongos?hongos?
Dentro del reino de los hongos existe una diferencia cualitativa y cuantitativa en cuanto a la composición química de las células fúngicas respondiendo a las diferencias en morfología, hábitat y tamaños; llegando a observarse diferencias entre cepas de una misma especie. Para una misma cepa pueden a su vez registrarse diferencias en su composición química al comparar por ejemplo micelio vegetativo y esporas.
El contenido celular tiene un 85 a 90% de agua, el carbono total es de 40 a 50% del peso seco, el contenido de nitrógeno puede variar entre 2,27 a 5,13%, siendo proteínas sólo el 60-70% del nitrógeno presente. Las otras formas de nitrógeno no-proteicas corresponden a la quitina de la pared celular, aminoácidos libres y ácidos nucleicos. De los componentes minerales, el fósforo y el potasio son los más abundantes.
Los hongos de acuerdo a su morfología o estructura pueden clasificarse en dos grupos: los hongos unicelulares y los hongos filamentosos, siendo estos últimos los de mayor representatividad. Los hongos están formados por hifas siendo la hifa una estructura tubular. El conjunto de hifas se encuentran fusionadas o formando una red que se denomina micelio. El crecimiento de las hifas es apical, donde tiene lugar la formación de nueva pared celular junto con la membrana citoplasmática. ¿Cómo ocurre este crecimiento? Las vesículas, que se producen en el retículo endoplasmático y que derivan del aparato de Golgi, se encuentran en mayor proporción en la zona apical de la hifa y son las que llevan en su interior enzimas encargadas de romper las uniones de los monómeros de la pared celular convirtiéndola así en
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una estructura más plástica. Las vesículas se fusionan con la membrana plasmática y los precursores de la nueva pared se secretan a partir de la membrana plasmática hacia la pared.
Las hifas cenocíticas son aquellas en las cuales la estructura tubular no está delimitada por septos. Sólo ocurre la aparición de septos en las zonas más viejas del micelio o cuando está formándose alguna estructura que cumple con alguna función en particular (formación de conidios, formación de esporangios). Contrariamente, las hifas septadas son aquellas en que se delimitan células por medio de un septo. Según el grupo de hongos, los septos pueden resultar de mayor o menor complejidad en su estructura, permitiendo una conexión citoplasmática entre las células y donde pueden migrar también algunas organelas y núcleos.
La presencia de organelas como las mitocondrias se dan en lugares de activo crecimiento o metabolismo, ramificaciones de hifas o división nuclear. Cuenta, por ser un organismo eucariota, con núcleo y nucleolo. También podemos encontrar los peroxisomas que contienen enzimas relacionadas con la oxidación, rompiendo lípidos y produciendo acetil-CoA. Particularmente podemos mencionar los glioxisomas que no son más que los peroxisomas pero con una función adicional como es el ciclo del glioxilato. Finalmente, los cuerpos de Woronin cuya función es la de tapar el poro de los septos con el objetivo de evitar la pérdida de citoplasma en respuesta a daños en las hifas (Fig. 1C). Las vacuolas resultan conspicuas en la zona de mayor edad del micelio.
Los hongos son capaces de crecer sobre sustratos con altas concentraciones de azúcares (hasta un 10%) por no ser sensibles a la presión osmótica elevada y resisten condiciones de acidez marcada (pH 2).
La pared celular de los hongos, de acuerdo al grupo taxonómico involucrado, puede estar formada principalmente por quitina o por celulosa, acompañadas en todos los casos por glucanos (polisacáridos de unidades de glucosa unidas de diferentes manera, lo cual las hace resistentes a distintos pH). Este componente constituye entre el 80-90% de la pared y la glucosamina (quitina) entre el 5-10%, encontrándose en menor proporción lípidos y proteínas. (Fig.1 A y B). Recientemente, se han realizado estudios en donde se demostró que en un mismo hongo se pueden encontrar quitina y celulosa.
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Figura 1. Esquema de célula fúngica (A) de pared y membrana celular (B) y Esquema de célula fúngica (A) de pared y membrana celular (B) y de losde los distintos tipos de septos (C).
distintos tipos de septos (C). Fuente: http://www.postgradoeinvestigacion.uadec.mx
Requerimientos nutricionales Requerimientos nutricionales
Los hongos son mayoritariamente aeróbicos, aunque pueden tener otro tipo de relación con respecto al oxígeno, como las levaduras que son ser aeróbicas facultativas. Crecen bien en un marco de pH entre 4 y 8.
El carbono provee los requerimientos energéticos, nutricionales y estructurales para la célula fúngica. La mayoría de los hongos pueden utilizar distintas fuentes carbonadas como ácidos orgánicos, polisacáridos (como celulosa o quitina), monosacáridos, alcoholes, compuestos policíclicos, etc. Los polisacáridos son insolubles y los hongos usan como estrategia la excreción de enzimas que degradan esos polisacáridos a monosacáridos solubles que pueden ser incorporados a la célula fúngica.
El nitrógeno es tomado como amonio, ión orgánico y nitrato y es un componente esencial en la formación de proteínas, purinas y pirimidinas. Otros elementos requeridos en la nutrición, pero en pequeñas cantidades, son los sulfuros para la formación de ciertos aminoácidos y vitaminas como tiamina y biotina. Resulta de gran importancia la presencia de fósforo como fosfato de potasio para la formación de ATP, ácidos nucleicos y fosfolípidos de membrana. El potasio es el metal por excelencia ya que cumple la función de cofactor en algunas reacciones enzimáticas. Por su parte el magnesio activa muchas enzimas e interviene en el metabolismo del ATP. Dentro del grupo de los elementos trazas o microelementos está el hierro, constituyente de la enzima catalasa y de los citocromos; el zinc, que interviene en la actividad de muchas enzimas como alcohol dehidrogenasas; el manganeso que participa en la activación de enzimas y síntesis de ácidos nucleicos; y el cobre que es necesario para la enzima tirosinasa (polifenol oxidasa). El molibdeno resulta también necesario si se utiliza nitrato como fuente de nitrógeno, para la enzima flavoproteína nitrato reductasa que inerviene en la reacción de reducción del nitrato al ión amonio. El calcio, el cual es requerido por las plantas, no resulta indispensable para los hongos, sólamente en el caso de los ascomycetes para formar los cuerpos fructíferos (peritecios).
Las vitaminas (compuestos orgánicos) no son utilizadas como fuente de energía ni en la formación de estructuras celulares, sino que cumplen funciones análogas a las coenzimas. Los hongos tienen requerimientos nutricionales que pueden hacer que necesite una o más vitaminas y este requerimiento es una medida indirecta de la incapacidad del hongo para producirla, siendo necesario incorporarla al medio de cultivo para suplementar lo que le falta para un correcto crecimiento. Las vitaminas más requeridas por los hongos son, en orden de importancia, la tiamina (para los basidiomycetes), la biotina, el ácido nicotínico, el ácido
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pantoténico y el ácido p-amino benzoico. Las dos primeras actúan como coenzimas en el metabolismo de los carbohidratos (cocarboxilasa).
Requerimientos físicos Requerimientos físicos
No sólo los requerimientos nutricionales son importantes a la hora de lograr un buen crecimiento fúngico, también son de igual importancia los requerimientos físicos como: luz, temperatura, humedad, aireación y gravedad. Dado que estos factores se manejan en un rango de valores, los mismos son descritos con tres parámetros cardinales: valor máximo, valor óptimo y valor mínimo. Estos valores pueden variar de acuerdo a la edad del micelio, la cepa utilizada y las condiciones de cultivo.
¿Cómo medimos el crecimiento
¿Cómo medimos el crecimiento de estos microorganismos?de estos microorganismos?
En el caso de hongos unicelulares se trabaja en medio líquido, con un cultivo en fase exponencial o logarítmica y podemos proceder del mismo modo que lo hacemos con un cultivo de bacterias. Los hongos filamentosos cuando crecen en cultivos líquidos sin agitación forman una película superficial, en cambio en cultivo líquido con agitación se dispersan o forma pellets de micelio agregado, según la especie, el tamaño del inóculo, la tasa de agitación o la aireación. Como resulta impracticable definir la zona apical de micelio que está creciendo y contabilizar con precisión la producción de conidios o esporas, se realizan cultivos líquidos, con agitación para permitir una correcta utilización de los nutrientes por parte del hongo y para airear correctamente el cultivo. Utilizando esta metodología el peso seco del micelio se considera un buen indicador de la biomasa producida en un período de tiempo determinado. Otra manera de medir el crecimiento de los hongos filamentosos es a partir de la colonia fúngica producida en cajas de Petri con medio agarizado, en este caso se considera una tasa de crecimiento lineal. Sin embargo, con esta metodología, no puede medirse el crecimiento en las tres dimensiones.
Curvas de crecimiento de los hongos Curvas de crecimiento de los hongos
Si colocamos un hongo filamentoso o una levadura en un medio de cultivo y se incuba en condiciones óptimas de crecimiento, en general, se obtiene una curva de crecimiento típica para un cultivo en batch, al igual que ocurre con las bacterias. Esta curva típica de crecimiento se inicia con un período lag, seguida de una fase exponencial y concluyendo con una fase estacionaria. La primera fase presenta un crecimiento nulo de la población ya que en ella ocurre la adaptación celular a las nuevas condiciones físicas y químicas de ese ambiente de crecimiento (síntesis de ribosomas y enzimas); en la fase logarítmica o exponencial hay un crecimiento neto o formación de biomasa miceliar donde las células desarrollan un metabolismo primario. Luego de este período, el cultivo ingresa en una fase de crecimiento nulo dando inicio a la fase estacionaria, la cual se debe a la producción de metabolitos tóxicos, bajo pH, alta concentración de CO2, baja concentración de O2y alta temperatura. Ya avanzada esta fase las células pueden producir metabolitos secundarios no esenciales para el crecimiento pero involucrados en la supervivencia del organismos, morir o sufrir autolisis.
¿Que tipo de reproducción tienen los hongos? ¿Que tipo de reproducción tienen los hongos?
1.- Reproducción sexual
En la reproducción sexual se da la unión de dos núcleos de dos hifas de micelios compatibles. Se pueden resaltar tres eventos en esta unión sexual: 1) laplasmogamiaplasmogamia que es la fusión de los protoplastos, 2) lacariogamiacariogamia que consiste en la fusión de núcleos y 3) la meiosismeiosis que es la división reduccional de núcleos que dan como resultado la formación de núcleos haploides. Este tipo de reproducción permite la variación en la especie, por ejemplo, dando
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características de mayor adaptabilidad a una situación ambiental particular (Figs. 2 y 3). Esta tipo de reproducción asegura la continuación de la especie bajo condiciones cambiantes.
2.- Reproducción asexual
Los hongos pueden reproducirse asexualmente de 4 maneras diferentes:
- Por fragmentación de un talo multicelular, técnica empleada frecuentemente en el laboratorio para mantener un cultivo.
- Fisión de células somáticas para dar células hijas como es el caso de las levaduras.
- Gemación de células somáticas o de esporas, también en las levaduras donde cada yema da lugar a un nuevo individuo.
- Producción de esporas. A partir de la germinación de las mismas se genera un nuevo individuo.
Las esporas asexuales pueden generarse de forma interna en la hifa, rodearse de una gruesa pared y luego desprenderse (clamidiosporasclamidiosporas) o pueden formarse en el interior de una estructura denominada esporangio que al madurar se rompe liberando las esporas (esporangiosporasesporangiosporas). También pueden generarse de forma externa en una hifa diferenciada (conidióforos) en el extremo de la cual se desarrollan las esporas asexuales (conidiosporasconidiosporas). Existe una gran variedad de las estructuras productoras de esporas, las cuales se utilizan como características en la clasificación del hongo. Pueden variar en color, tamaño, forma y medida. Pueden tener o no flagelos. La reproducción asexual permite una amplia distribución de las especies, tantas como condiciones adecuadas para la existencia del genotipo.
Algunas esporas asexuales tienen características especiales para la supervivencia del hongo en ambientes extremos. Por ejemplo, las clamidosporas tienen paredes gruesas formadas a partir de células vegetativas que acumulan sustancias de reserva y por ello son capaces de sobrevivir a condiciones adversas de desecación, temperatura, etc. Pueden presentarse solitarias o en cadena y su ubicación en la hifa puede ser intercalar o terminal.
Existen hongos que producen esclerocios (no son esporas) que son estructuras muy duras formadas por“tejido” fúngico capaces de sobrevivir a condiciones de estrés y germinar bajo condiciones favorables.
Muchas de las unidades reproductivas formadas son fácilmente diseminadas y germinan rápidamente dando así la posibilidad de ocupar una amplia área en un corto tiempo. Las condiciones ambientales pueden jugar un rol negativo en la germinación y diseminación de estas unidades.
Con respecto a los ciclos de vida de los hongos, éstos pueden ser distinguidos en dos grupos (Fig. 3).
• Las especieshomotálicas, las cuales poseen en un mismo micelio núcleos complementarioshomotálicas que pueden conjugarse, formándose un único tipo de esporas.
• Las especiesheterotálicas,heterotálicas, las cuales requieren núcleos provenientes de micelios diferentes para completar el ciclo sexual, formándose diferente tipo de esporas.
El fenómeno de la parasexualidad comprende la fusión de las hifas y la formación de un heterocarion que contienen núcleos haploides provenientes de ambas hifas. A veces estos núcleos se funden y srcinan núcleos diploides heterocigóticos, cuyos cromosomas homólogos sufren recombinación durante la mitosis.
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Figura 2. Esquema de los ciclos de vida sexual y asexual de los hongos. Esquema de los ciclos de vida sexual y asexual de los hongos. Fuente: http://www.fq.edu.uy
Figura 3. Ciclos de vida de los Ciclos de vida de los hongos filamentosos.hongos filamentosos. Fuente: http://agricolasonline.es
Espora de Espora de reproducción reproducción asexuada asexuada Micelio Micelio o o levadura levadura Espora de Espora de reproducción reproducción sexuada sexuada Fusión de núcleos Fusión de núcleos Estado diploide Estado diploide Estado Estado heterocariótico heterocariótico Haploide (n) Haploide (n) Diploide (2n) Diploide (2n) Heterocariótico(n+n) Heterocariótico(n+n) Reproducción Reproducción sexual sexual Germinación Germinación Plasmogamia Plasmogamia (fusión de (fusión de citoplasma) citoplasma) Cariogamia Cariogamia Reproducción Reproducción asexual asexual Germinación Germinación
• Meiosis Meiosis (recombina(recombinaciónción
Genética) Genética)
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Control hormonal Control hormonal
El término hormona o feromona es usado en los hongos en su sentido clásico como un componente que se produce en un lugar del organismo para ser transferido a otra parte del mismo donde actúa. La actividad hormonal ha sido documentada en la formación de oogonios y anteridios en hongos acuáticos, ahora ubicados en el reino Protista (Oomycetes – Achlya), como así también en el acercamiento de los talos compatibles y la formación de los progametangios que van a dar srcen a la zigospora en los zygomycetes (Fig. 4). En el caso de los basidiomycetes no se ha demostrado el rol hormonal de algunas sustancias producidas sin
embargo, han sido detectadas hormonas vegetales como auxinas, giberelinas y etileno dentro de representantes de este grupo.
Figura 4. Ciclo de vida de Ciclo de vida deRhi zopus stolon ifer ( (Zygomycetes ).). Fuente: http://www.aloj.us.es
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Relaciones que establecen los
Relaciones que establecen los hongos con otros organismoshongos con otros organismos
Tanto en el agua, suelo u otros hábitats terrestres, los hongos llevan adelante su existencia en presencia de otros organismos vivientes. El crecimiento microbiano en el suelo es transitorio y depende de la disponibilidad de nutrientes y condiciones físico-químicas adecuadas.
Las relaciones que pueden establecer con otros organismos son:
a.-Parasitismo. Los hongos obtienen sus nutrientes a partir de un hospedante vivo sobre elParasitismo. cual crecen. Algunas veces son parásitos obligados y no pueden vivir sin su hospedante y en otros casos el parasitismo es facultativo, obteniendo los nutrientes de hospedantes vivos o saprofíticamente.
b.- Mutualismo.Mutualismo. Ambos participantes de la relación se benefician. En los casos donde uno solo de los participantes se beneficia, mientras que para el otro la relación es indiferente, se denominaComensalismoComensalismo. Tanto los líquenes como las micorrizas son relaciones en las que ambos componentes de dicha relación se benefician.
Los líquenes están compuestos por: un alga (ficobionte-cianobacteria) y un hongo (micobionte - asco o basidiomycete). En este caso el hongo provee agua y fijación al sustrato y el alga le provee al hongo los compuestos carbonados para su subsistencia.
Las micorrizas es una asociación que tiene lugar entre las raíces de las plantas de la mayoría de las taxas de las plantas vasculares y los hongos glomeromycota (ver Cap. 9). c.- Saprofitismo:Saprofitismo: El hongo obtiene sus requerimientos nutricionales a través de fuentes orgánicas no vivas (por ejemplo, restos vegetales).
CAPÍTULO 2 CAPÍTULO 2
CONTROL DEL CRECIMIENTO MICROBIANO CONTROL DEL CRECIMIENTO MICROBIANO
Control del crecimiento bacteriano: esterilización por calor, por radiación y por filtración. Diferentes métodos y su aplicación a distintos materiales. Control químico del crecimiento bacteriano: antibióticos, bactericidas, bacteriostáticos, desinfectantes y antisépticos.
Material de estudio: Madigan MT, Martinko JM, Parker J. 2000. Brock Biología de los Microorganismos, 8a edición. Prentice Hall.
Capítulo 11 (11.1 a 11.10)
CAPÍTULO 3 CAPÍTULO 3
NUTRICIÓN MICROBIANA NUTRICIÓN MICROBIANA
Nutrición microbiana. Elementos esenciales: macro y microelementos y factores de crecimiento. Forma en que los elementos se encuentran en la naturaleza y formas en que se proveen en los medios de cultivo. Medios de cultivo: clasificación en base a su composición y a la diversidad de microorganismos que pueden desarrollar en ellos. Categorías nutricionales de los microorganismos establecidas en base a: fuentes de energía, fuentes de carbono y dadores
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de electrones. Cultivo puro de microorganismos. Técnicas de aislamiento: estría en superficie o diluciones sucesivas, con o sin enriquecimiento previo.
Material de estudio: Madigan MT, Martinko JM, Parker J. 2000. Brock Biología de los Microorganismos, 8ª edición, Prentice Hall.
Capítulo 4
Capítulo 4 (sección 4.1 a 4.3 inclusive), sección 4.6 y 4.7; sección 4.16 y 4.18; sección 13.1, 13.2, 13.4, 13.13, 13.14 y 13.20.
Introducción Introducción
Para la identificación y el estudio de cualquier especie bacteriana es necesario observar características a partir de poblaciones de microorganismos. Un requisito importante es que la población sea pura, es decir, que esté formada por solo un tipo de microorganismos. Esto es lo
que se conoce comocultivo purocultivo puro.
Para obtener cultivos puros, independientemente de la clase de microorganismo que se desee cultivar, es necesario realizar dos clases de operaciones: elaislamientoaislamiento, que consiste en la separación de un microorganismo particular a partir de las poblaciones mixtas que existen en la naturaleza, y el cultivocultivo, es decir el crecimiento de poblaciones de microorganismos en ambientes artificiales (medios de cultivo), bajo condiciones de laboratorio.
Las pequeñas dimensiones de los microorganismos obligan a estudiar poblaciones de 109 hasta 1010 células en un tubo de ensayo, un frasco o en una caja de Petri. Estos son los envases más comúnmente empleados para cultivar microorganismos y es fundamental que se encuentren estériles (libres de microorganismos).
Para obtener una población abundante de microorganismos es necesario favorecer su desarrollo en un medio nutritivo adecuado, el medio de cultivomedio de cultivo. Como hay microorganismos en todas partes, las condiciones para obtener un cultivo puro en el medio adecuado son:
a) Esterilizar el medio de cultivo, o sea, destruir o eliminar los microorganismos presentes en el medio, antes de sembrar en él las células de la especie que se quiere cultivar.
b) Prevenir la entrada de microorganismos extraños en todas las operaciones posteriores. 1. Fundamentos de la
1. Fundamentos de la nutrición microbiananutrición microbiana
Las células están constituidas por moléculas pequeñas y macromoléculas. Las macromoléculas son sintetizadas a partir de las moléculas pequeñas y éstas pueden ser obtenidas directamente del ambiente o bien ser sintetizadas a partir de moléculas más simples. Los medios de cultivo son soluciones acuosas que contienen los elementos químicos que componen la célula en forma de compuestos que puedan ser asimilados por las células que se desean cultivar.
1.1. Elementos esenciales 1.1. Elementos esenciales
El crecimiento de los microorganismos depende de la disponibilidad de agua. Los hongos se desarrollan a partir de un contenido de agua en el sustrato del 12%, las bacterias sólo cuando el contenido es superior al 20%.
Deben estar en el medio todos los elementos que se requieren para la formación de sustancia celular. La materia sólida de las células contiene además de hidrógeno y oxígeno (obtenibles metabólicamente del agua), carbono, nitrógeno, fósforo y azufre en orden decreciente de abundancia. Estos elementos representan aproximadamente el 95% del peso celular.
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Los estudios nutricionales muestran que casi todos los microorganismos requieren magnesio, calcio, hierro, manganeso, cobalto, cobre, molibdeno y zinc. Potasio, magnesio, calcio y hierro se requieren en grandes cantidades, por eso se los llama macronutrientes, y son agregados en forma de sales en los medios de cultivo. Los demás, se necesitan en cantidades tan pequeñas que a menudo resulta difícil demostrar su esencialidad, porque podrían encontrarse presentes como contaminantes de los constituyentes del medio. A estos nutrientes se los llama
micronutrientes o elementos traza.
Algunos grupos biológicos tienen requerimientos minerales específicos. Las diatomeas y otras algas sintetizan paredes impregnadas de sílice y tienen requerimiento específico de sílice. Algunas bacterias marinas, las cianofíceas y algunas bacterias fotosintéticas requieren concentraciones relativamente altas de sodio.
1.2. Factores de crecimiento 1.2. Factores de crecimiento
Algunas bacterias y hongos necesitan compuestos orgánicos que no son capaces de sintetizar a partir de una fuente de carbono más simple. Estos compuestos deben ser provistos al medio de cultivo además de la fuente de carbono correspondiente y reciben el nombre de factores de crecimiento. La mayoría de esos factores de crecimiento son aminoácidos, purinas o pirimidinas y vitaminas.
Los microorganismos que requieren algún factor de crecimiento se denominan auxótrofos
auxótrofos. Si la auxotrofía ha surgido por mutación, la cepa de tipo salvaje que no requiere suplementos se llama protótrofaprotótrofa. Al mutante auxótrofo se lo identifica con el nombre abreviado de la sustancia que es incapaz de sintetizar acompañado del signo menos, por ejemplo una bacteria trp-, es incapaz de sintetizar el aminoácido triptofano y necesita que este compuesto se encuentre presente en el medio de cultivo.
2.
2. Forma química en que los elementos sirven como nutrientesForma química en que los elementos sirven como nutrientes
Como se vio anteriormente los metales y también el fósforo pueden ser asimilados en forma de sales inorgánicas. Las necesidades de los organismos por C, N, S y O difieren en cuanto a la forma química en que pueden ser asimilados.
2.1. Requerimiento de carbono 2.1. Requerimiento de carbono
Los microorganismos fotosintéticos y las bacterias que obtienen su energía de la oxidación de compuestos inorgánicos usan generalmente la forma más oxidada del C (CO2) como fuente principal o única de carbono. La conversión del CO2 para formar los constituyentes celulares involucra un proceso de reducción con gasto de energía proveniente de la luz o de la oxidación de compuestos inorgánicos reducidos. Todos los demás organismos obtienen el carbono de nutrientes orgánicos. Como la mayoría de las sustancias orgánicas tienen un nivel de oxidación igual o semejante al de la materia celular, no deben sufrir una reducción inicial. En general los sustratos orgánicos cumplen una doble función nutricional: sirven al mismo tiempo como fuente de carbono y como fuente de energía. Los organismos difieren en cuanto a la clase y al número de compuestos orgánicos que pueden usar como principal fuente de carbono y energía. Algunos de ellos están muy especializados y otros son muy versátiles, por ejemplo las bacterias metilótrofas sólo pueden usar como fuente de carbono, metano o metanol en cambio algunas especies de Pseudomonas pueden usar hasta 90 compuestos distintos como única fuente de carbono y energía. Además, dentro de una misma especie pueden existir cepas que por mutación hayan perdido la capacidad de metabolizar una determinada fuente de carbono y se identifican por el nombre del azúcar que no pueden metabolizar acompañado de un signo menos, por ejemplo una cepa lac- ha perdido la capacidad de utilizar lactosa como
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única fuente de carbono, porque no puede degradarla. En estos casos el agregado de lactosa al medio de cultivo resulta ineficaz para su crecimiento y es necesario reemplazar este azúcar por otra fuente de carbono para que la bacteria desarrolle. Sin embargo, la cepa salvaje de la cual proviene es lac+, es decir que esta cepa puede utilizar la lactosa como única fuente de carbono y energía. Probablemente, todos los organismos que utilizan fuentes de carbono orgánicas también requieren CO2 como nutriente en pequeñas cantidades. La remoción total de CO2 a menudo demora o impide el crecimiento de los microorganismos en medios orgánicos.
2.2. Requerimiento de nitrógeno y azufre 2.2. Requerimiento de nitrógeno y azufre
El nitrógeno y el azufre existen en los compuestos orgánicos de las células en forma reducida como grupos amino (-NH2) o sulfhidrilo (-SH2).
La mayoría de los organismos fotosintéticos y muchas bacterias y hongos asimilan estos dos elementos como sales inorgánicas oxidadas, nitratos (NO3-) y sulfatos (SO42-) y luego son reducidos por la célula. Los organismos que no pueden reducir estos compuestos, requieren estos elementos en su forma reducida. El nitrógeno debe ser provisto como sales de amonio (NH4+) y el azufre como sulfuro (S-) o cualquier compuesto orgánico que lleve un grupo sulfhidrilo (por ejemplo, cisteína). Este requerimiento es bastante frecuente para la fuente de N y mucho más raro para el S.
Algunas bacterias son capaces de asimilar el N2de la atmósfera, mediante el proceso denominadofijación biológica de nitrógeno.fijación biológica de nitrógeno.
2.3. Requerimiento de oxígeno 2.3. Requerimiento de oxígeno
La necesidad y la tolerancia a la concentración de oxígeno deben ser tenidas en cuenta cuando se desea cultivar una dada bacteria. A causa de su baja solubilidad en agua, la cantidad de O2 presente en una solución es usada rápidamente por las bacterias aeróbicas aún a bajas densidades de población. Para evitar esta limitación los cultivos aeróbicos se realizan en frascos erlenmeyers que para un dado volumen de solución presentan una mayor superficie de exposición al aire. En estos frascos el medio debe ocupar un volumen igual a 1/10 del volumen total y la cámara de aire los 9/10 restantes y la incubación debe, a su vez, ser realizada con agitación constante para favorecer el intercambio. Alternativamente, puede airearse otro tipo de recipientes, burbujeando oxígeno a través de un filtro de aire estéril, para ello generalmente se utiliza un dispositivo poroso. Si se desea cultivar bacterias aerobias en un medio sólido la muestra debe sembrarse sobre la superficie del medio en un recipiente con una alta relación superficie/volumen como las cajas de Petri. La exclusión del oxígeno atmosférico constituye una condición necesaria para el crecimiento de las bacterias anaerobias estrictas. Las técnicas anaeróbicas de cultivo presuponen el uso de soluciones nutritivas a las que se les ha hecho vacío en frascos cerrados sin burbujas de aire o la utilización de compuestos químicos que absorban el oxígeno (pirogalol alcalino, ditionito o cloruro cuproso). Se pueden adicionar medios reductores (ácido ascórbico, tioglicolato de sodio, cisteína) a las soluciones nutritivas. Alternativamente, puede reemplazarse la atmósfera del medio burbujeando algún gas inerte como nitrógeno, helio o argón. En el caso que el cultivo sea en un medio sólido, la muestra se siembra en el interior del medio (por punción o antes de que solidifique el agar). A veces resulta útil, agregar una capa de aceite o parafina más agar semisólido sobre la superficie expuesta. 3. Categorías nutricionales
3. Categorías nutricionales
La clasificación nutricional de los microorganismos se basa fundamentalmente en dos aspectos: la naturaleza de la fuente de energía y la naturaleza de la fuente principal de carbono.
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Teniendo en cuenta la naturaleza de la fuente de energía se distinguen dos tipos de organismos: losfotótrofosfotótrofos que obtienen energía de la luz y los quimiótrofosquimiótrofos‚ que la obtienen
de la oxidación de compuestos químicos. A su vez, entre los quimiótrofos pueden distinguirse los quimiolitótrofosquimiolitótrofos‚ que obtienen la energía de compuestos inorgánicos y los quimiorganótrofos
quimiorganótrofos‚ que la obtienen de compuestos orgánicos.
De acuerdo a la naturaleza de la sustancia que sirve como fuente principal del carbono, se distinguen dos tipos de organismos: aquellos que son capaces de usar CO2 o carbonatos (es decir una fuente inorgánica de carbono) como fuente principal se llaman autótrofosautótrofos y los que usan compuestos orgánicos para proveer carbono a sus células se llaman heterótrofosheterótrofos.
De acuerdo a estos criterios, los organismos se pueden agrupar en cuatro categorías nutricionales principales:
1. Fotoautótrofos:Fotoautótrofos: usan luz como fuente de energía y CO2 como fuente de carbono. Incluye a las plantas superiores, las algas y muchas bacterias fotosintéticas.
2. Fotoheterótrofos:Fotoheterótrofos: usan luz como fuente de energía y un compuesto orgánico como fuente de carbono. Incluye a ciertas bacterias fotosintéticas.
3. Quimioautótrofos:Quimioautótrofos: usan un compuesto químico como fuente de energía y CO2 o carbonato como fuente de carbono. La energía la obtienen de la oxidación de un compuesto inorgánico reducido como NH4+, NO2-, H2, H2S, S2O3- o Fe2+. Entre ellos se encuentran algunas de las bacterias (bacterias nitrificantes, bacterias del Fe, etc.).
4. Quimioheterótrofos:Quimioheterótrofos: utilizan un compuesto químico como fuente de energía y un compuesto orgánico como fuente de carbono. Generalmente tanto la energía como el carbono provienen de un único compuesto orgánico. Entre ellos se encuentran los Metazoos, Protozoos, hongos y la mayor parte de las bacterias.
Para la preparación de un medio de cultivo adecuado, es importante tener en cuenta la provisión de aquellas sustancias que funcionan como dadores y aceptores últimos de electrones
durante los procesos de oxidorreducción que forman parte del metabolismo bacteriano. En los procesos de obtención de energía por las bacterias quimiótrofas, se produce una transferencia de electrones desde el compuesto reducido, que funciona como proveedor de energía y electrones, hasta un compuesto que funciona como aceptor de electrones. De acuerdo a la naturaleza del compuesto aceptor de electrones, el metabolismo oxidativo por el cual se obtiene la energía se denomina:fermentaciónfermentación, cuando el aceptor es un compuesto orgánico o respiración
respiración, cuando el aceptor es un compuesto inorgánico. A su vez, la respiración puede ser aerobia
aerobia‚ cuando el aceptor es el O2 o anaerobiaanaerobia‚ cuando el aceptor es un compuesto inorgánico distinto del O2. En este último caso, los aceptores pueden ser NO3- (bacterias desnitrificantes), SO42-(bacterias reductoras del sulfato) o CO2 (bacterias metanogénicas).
En el caso de los organismos fotótrofos, la energía proviene de la luz, pero los electrones necesarios para obtener los componentes celulares a partir de la fuente de carbono; se obtienen de compuestos que funcionan comodadores de electronesdadores de electrones. El dador de electrones puede ser un compuesto orgánico (bacterias verdes y púrpuras no sulfurosas), H2S (bacterias
verdes y púrpuras sulfurosas) o H2O (algas y cianobacterias). 4. Clasificación de los medios de cultivo
4. Clasificación de los medios de cultivo De acuerdo a su composición
De acuerdo a su composición, los medios de cultivo pueden clasificarse en dos tipos: a) Sintéticos o definidosSintéticos o definidos: la solución nutritiva se prepara a partir de compuestos químicos
