Associação Fungos e Plantas
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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
Manuela Abelho 2013/2014 Microbiologia ambiental 1.6 3
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
Características dos ambientes terrestres e
dos seus microrganismos 2
Manuela Abelho 2013/2014 Microbiologia ambiental 1.6 4
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
Características dos ambientes terrestres e
dos seus microrganismos 3
Manuela Abelho 2013/2014 Microbiologia ambiental 1.6 5
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
Manuela Abelho 2013/2014 Microbiologia ambiental 1.6 6
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
Manuela Abelho 2013/2014 Microbiologia ambiental 1.6 7
% 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
Manuela Abelho 2013/2014 Microbiologia ambiental 1.6 8
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
Manuela Abelho 2013/2014 Microbiologia ambiental 1.6 9
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
Manuela Abelho 2013/2014 Microbiologia ambiental 1.6 10
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
Manuela Abelho 2013/2014 Microbiologia ambiental 1.6 11
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
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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
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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
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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
http://transe
ctpoints.blog
spot.com/20
07/02/test.ht
ml
http://op
enwetw
are.org/
wiki/Str
eptomy
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An_Intr
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n_to_St
reptomy
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Filosfera: superfícies aéreas das plantas e seu interior
Manuela Abelho 2013/2014 Microbiologia ambiental 1.6 15
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
Manuela Abelho 2013/2014 Microbiologia ambiental 1.6 16
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
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Fixadores de azoto
Acetobacter sp. Azotobacter sp.
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No interior das células das plantas:
Fungos e bactérias endófitos
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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
Manuela Abelho 2013/2014 Microbiologia ambiental 1.6 20
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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
Manuela Abelho 2013/2014 Microbiologia ambiental 1.6 22
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.
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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
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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
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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
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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
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Microrganismos patogénicos
Manuela Abelho 2013/2014 Microbiologia ambiental 1.6 29
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
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Doença da batata
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Tumores
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