associação fungos e plantas

Escola Superior Agrária - Instituto Politécnico de

Coimbra

Manuela Abelho 2013/2014

Microbiologia Ambiental Licenciatura em Engenharia do Ambiente

1.6 Microrganismos terrestres

Sumário

1.6.1 Microrganismos do solo

1.6.2 Microrganismos associados a plantas vasculares

1.6.2.1 No exterior: filosfera e rizosfera

1.6.2.2 No interior: simbioses (fixação de azoto, micorrizas,

actinorrizas) e patogénicos

Manuela Abelho 2013/2014 Microbiologia ambiental 1.6 2

Características dos ambientes terrestres e

dos seus microrganismos 1


Dominados por materiais sólidos inertes; substâncias orgânicas, incluindo microrganismos, são geralmente uma pequena parte do solo

Quando presente, a água ocorre predominantemente como uma fina película na superfície das partículas, onde os microrganismos têm um bom contacto com os gases do ar, incluindo oxigénio

No solo o oxigénio está mais acessível aos microrganismos do que na água, visto que a taxa de difusão do oxigénio no ar é 10000× superior à sua difusão na água

Microrganismos que crescem nestes ambientes com grande fluxo de oxigénio desenvolveram complexos mecanismos físicos e fisiológicos para lidarem com o oxigénio potencialmente tóxico; alguns fungos desenvolveram mesmo estruturas impermeáveis ao oxigénio




Os solos podem conter zonas saturadas de água que se tornam anaeróbias; podem ser consideradas como ambientes aquáticos isolados

Existe uma enorme variedade de ambientes terrestres: secos, frios, temperados, tropicais e zonas geotermicamente aquecidas

Insectos e outros artrópodes, nemátodes e outros organismos do solo interagem com os microrganismos influenciando os ciclos de nutrientes e outros processos

Subsolo: comunidade diversa de microrganismos, mantida por fontes de nutrientes como

(1) materiais lixiviados da superfície,

(2) decomposição de restos enterrados de plantas, e

(3) síntese de metano




Os fungos são importantes no funcionamento das plantas:

Ocorrem no seu interior e na sua superfície e podem ter efeitos

negativos ou positivos;

A maioria das raízes das plantas tem fungos

Os microrganismos do solo interagem com as plantas e com a

atmosfera:

Produtos microbianos importantes: óxido nítrico e metano,

ambos gases com efeito de estufa

Produzem clorometano e cianeto, geralmente considerados

poluentes antropogénicos

O solo como ambiente para os

microrganismos: concentração de gases


Oxigénio difunde-se mais rapidamente no ar do que na água

geralmente não ocorre falta de O2 nos solos, excepto em zonas

saturadas de água

Concentração dos gases presentes no solo depende muito das

suas condições de humidade

a concentração de oxigénio diminui e a concentração de dióxido

de aumenta com a quantidade de humidade presente nos solos

Outro factor importante é a presença de raízes de plantas

tal como os microrganismos também consomem O2 e libertam

CO2, influenciando a disponibilidade de gases no ambiente da

raiz

Concentração de oxigénio e de dióxido de carbono

num solo tropical sob condições húmidas e secas


% Oxigénio % Dióxido de carbono

Profundidade do solo (cm) Húmido Seco Húmido Seco

10 13.7 20.7 6.5 0.5

25 12.7 19.8 8.5 1.2

45 12.2 18.8 9.7 2.1

90 7.6 17.3 10.0 3.7

120 7.8 16.4 9.6 5.1

Alterações na quantidade de água afectam as concentrações de gases presentes nos

interstícios do solo.

Alterações mais acentuadas nos pequenos poros onde se encontra a maioria das bactérias.

Em maiores profundidades existe menos oxigénio, principalmente nos solos mais húmidos

e menos permeáveis

Importância dos microrganismos

no solo


1.Fertilidade dos solos

Fixação de azoto atmosférico, sozinhos ou em simbiose com

plantas

Solubilização de fosfatos em formas utilizáveis pelas plantas e

outros organismos

2.Estrutura dos solos

Produção de polissacarídeos que promovem a agregação das

partículas

3.Reciclagem de nutrientes

Decomposição/mineralização de nutrientes

Microrganismos no solo


Populações microbianas do solo são muito elevadas: 3-10 toneladas/ha

Bactérias

superfícies das partículas expostas a poros de 2-6 mm de diâmetro (menor probabilidade de serem consumidas por protozoários)

necessitam que a água e os nutrientes se localizem nas suas proximidades

Protozoários

na superfície exterior das partículas inorgânicas e orgânicas

predadores (de bactérias), mantendo a estrutura e o funcionamento das comunidades microbianas

Microrganismos no solo


Fungos filamentosos

ocupam geralmente áreas mais abertas onde dispõem de

elevados níveis de oxigénio;

fazem a ligação entre partículas ou agregados de partículas de

solo

Algas e cianobactérias

ocupam camadas superficiais; colonizadores primários;

algumas cianobactérias fixam azoto atmosférico

Os fungos do solo


São os mais abundantes em biomassa

Importantes na decomposição da matéria orgânica

Penicillium; Mucor; Rhizopus; Fusarium; Cladosporium; Aspergillus; Trichoderma,…

Não são apenas os cogumelos macroscópicos, mas principalmente o emaranhado de hifas subterrâneas

Exemplo: Armillaria bulbosa – fungo associado às raízes das árvores; um único indivíduo (principalmente a sua parte subterrânea…) pode cobrir 100 ha, pesar 100 toneladas e ter 1500 anos de idade

O maior e

mais antigo

organismo

da terra?

Armillaria bulbosa http://www.nature.com/nature/journal/v356/n6368/abs/356428a0.html


Várias centenas de metros de hifas/g solo

http://www.fs.fed.us/pnw/news/fungus.htm

http://www.crystalfalls.org/humongou.htm

As bactérias do solo


Numericamente muito abundantes: 108-109 células/g solo seco

Muitos géneros e muitas espécies:

Bacillus; Clostridium; Arthrobacter; Pseudomonas; Rhizobium;

Azotobacter; Nitrobacter,…

Maioria das bactérias do solo são quimioheterotróficas, muito

importantes na decomposição de matéria orgânica

recalcitrante: celulose, lenhina, quitina, pesticidas…

Nocardia; Streptomyces; Micromonospora,…

O cheiro a terra molhada:

bactérias


Género Streptomyces (bactéria do grupo do Actinomicetes

ou bactérias filamentosas

Produz um composto odorífero (geosmina) que dá ao solo

o seu odor característico a terra molhada

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spot.com/20

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Filosfera: superfícies aéreas das plantas e seu interior


Microrganismos que vivem sobre as superfícies das plantas

expostas à radiação solar

Sobrevivem com elevados níveis de radiação UV porque

possuem um sistema de reparação do DNA

Exemplo: Sphingomonas sp.

Gram-negatvas, bacilos, quimioheterotróficas, aeróbias

obrigatórias

Rizosfera: ambiente que rodeia a raiz das plantas


As raízes das plantas libertam para o solo álcoois, etileno, açúcares, aminoácidos, ácidos orgânicos, polissacarídeos e enzimas, criando um ambiente propício aos microrganismos

Muitos microrganismos da rizosfera promovem o crescimento da planta através da produção de sinais químicos (auxinas, giberlinas, citoquininas,…)

e.g. Pseudomonas e Aerobacter

Fixação de azoto:

Azotobacter, Azospirillum, Acetobacter

Promovem o crescimento das plantas através da

produção de sinais químicos (auxinas, giberlinas,

citoquininas,…)

Pseudomonas aeruginosa Aerobacter aerogenes


Fixadores de azoto

Acetobacter sp. Azotobacter sp.


No interior das células das plantas:

Fungos e bactérias endófitos


Benéficos:

alguns fungos endófitos podem torná-las menos susceptíveis ao

ataque dos insectos

Parasitas:

alguns fungos tornam as plantas estéreis

Cana do açúcar, batateira, algodão têm bactérias endófitas

que podem ser patogénicas

Mas em muitos casos não se conhecem efeitos negativos ou

positivos

Fixação simbiótica (mutualismo) de

azoto atmosférico

Rhizobium sp. e

plantas leguminosas O rizóbio penetra nas células

da raiz das leguminosas,

formando nódulos

Dentro da raiz transforma-se

num bacteróide, a forma capaz

de fixar azoto mas incapaz de

se reproduzir



Formação de um nódulo pelo Rhizobium

1. Rhizobium livre

2. Rhizobium atraído pelo pelo

radicular

3. Início da infecção por Rhizobium

no pelo radicular

4. Pelos radiculares infectados por

Rhizobium

5 e 6. O cordão de infecção de

Rhizobium invade a matriz de células

corticais da raiz da leguminosa

7. Rhizobium reproduz-se nas células

haplóides da raiz e perde a sua

parede celular

8. Dá-se a hipertrofia radical e

aparece o nódulo

9. Rhizobium sem parede

(bacteróide) fixa azoto

10. O nódulo com leghemoglobina

fixa N2

Nódulos da raiz

Bacteróides (MO

contraste de fase)

Micorrizas

Associações

simbióticas

(mutualismo)

entre fungos

e raízes das

plantas

superiores


Existem mais de 5000 espécies de fungos, principalmente basidiomicetes, envolvidas em simbioses micorrízicas

As micorrizas melhoram a competitividade das plantas, aumentando a sua absorção de água e de nutrientes, principalmente fósforo

Existem vários tipos de micorrizas dentro de dois grupos:

Endomicorrizas

Ectomicorrizas

Endomicorrizas

Exemplos:

Trigo,

feijoeiro,

tomateiro,

laranjeira, etc.


O fungo (geralmente um zigomicete) não sobrevive sem a planta; penetra nas células da raiz e cresce lá dentro

Um dos tipos são as micorrizas arbusculares (AM)

Crescem formando uma estrutura intracelular semelhante a um arbusto; hifas não septadas

Os outros tipos de endomicorrizas têm hifas septadas e existem por exemplo nas orquídeas

Micorrizas arbusculares


Árvore filogenética do filo Glomeromycota, baseada na

análise das sequências das subunidades dos ribossomas

As micorrizas arbusculares são formadas por fungos da

classe Glomeromycetes (Filo Zygomycota), que

recentemente passou a ser o filo Glomeromycota

(http://www.mycolog.com/CHAP3b.htm)

Ectomicorrizas

Micorrizas formadoras de manto

Formam um

manto que

cobre a ponta

da raiz

As hifas

também

penetram no

interior da raiz

mas não no

interior das

células


Associações simbióticas de bactérias

actinomicetes do género Frankia com

raízes de plantas de oito famílias não-

leguminosas

Formam nódulos onde se dá a fixação de

azoto

Exemplo: amieiro (Alnus glutinosa)

Actinorrizas


Frankia sp. O género Frankia tem uma associação simbiótica com árvores, como o amieiro As árvores com esta associação simbiótica são mais ricas em azoto


Microrganismos patogénicos


Alguns fungos e bactérias podem causar várias doenças que

diminuem a produtividade das culturas

Puccinia graminis – ferrugem do trigo

Phytophthora infestans – doença das batatas http://www.bbc.co.uk/history/british/victorians/famine_01.shtml)

Agrobacterium tumefaciens – crescimento de tumores nas

plantas

Ferrugem do trigo


Doença da batata


Tumores


associação fungos e plantas

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