Bacterias en ambiente terrestre

DIVERSIDAD DE ESPECIES
BACTERIAS EN AMBIENTE TERRESTRE
MARÍA TERESA VARNERO
Las bacterias son microorganismos microscópicos unicelulares, con un núcleo de tipo primario, sin membrana
nuclear claramente definida, por lo tanto corresponden a
procariotas, del reino monera. Su reproducción es predominantemente asexuada por fisión binaria y se caracterizan por
su forma, tamaño y estructura. Su tamaño es de entre 0,5 y
50 μ, y crecen formando células aisladas, cadenas o colonias,
especialmente a nivel de la rizósfera. Las bacterias individuales pueden presentar formas esféricas (cocci), cilíndricas (bacilo) y en espiral (espiral). Las bacterias se agrupan formando
pares, racimos y cadenas y se encuentran prácticamente en
todos los medios naturales. Generalmente son saprófitos aeróbicos, anaeróbicos o facultativos. La mayoría satisface sus
necesidades energéticas y de carbono utilizando sustancias
orgánicas fácilmente degradables, como azúcares, almidón,
pectina, celulosa; por tanto, estas bacterias son heterotróficas
o quimioorganotrofas. Otras, las denominadas autotróficas,
usan como fuente de carbono, bicarbonatos o anhídrido de
carbono. Si obtienen la energía de la oxidación de compuestos minerales como sales de amonio, de nitrito, de hierro,
son las quimiolitotrofas; las que requieren luz solar, por su
parte, son las fotolitotrofas, y generan materia orgánica por
fotosíntesis. Algunas bacterias forman esporas resistentes a
ambientes adversos, lo que hace muy difícil su eliminación.
Estas bacterias esporuladas son muy comunes en suelo, agua
y aire.
Actividad microbiana en el suelo
La compleja trama de la vida microbiana que se desarrolla en los suelos se sustenta en dos grandes elementos, la
materia orgánica y la biomasa microbiana. En conjunto, representan entre un 0,5 por ciento y un 10 por ciento del peso
seco total del suelo. La biomasa microbiana transforma los
aportes orgánicos que llegan al suelo, produciendo en forma
simultánea a) la mineralización biológica de las fracciones
orgánicas menos resistentes, lo que permite liberar nutrientes asimilables por las plantas y b) la síntesis de complejos
orgánicos estables que conduce a la formación de humus.
Esto tiene relación con la conservación y la productividad
del suelo, junto con las propiedades físicas, químicas y biológicas del sistema edáfico.
La biomasa microbiana está compuesta por una gran diversidad de microorganismos, donde las bacterias y los hongos
Pared celular
Crecimiento bacteriano: reproducción asexuada de bacterias
mediante fisión binaria.
Bacterias fijadoras de nitrógeno
Rhizobium sp.: Bacterias fijadoras de nitrógeno atmosférico, en
simbiosis con leguminosas.
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Biodiversidad de Chile, Patrimonio y Desafíos
Cuadro 1. Algunas bacterias de importancia en el suelo.
Grupos de bacterias
Género
Importancia
Bacterias que degradan
Pseudomonas, Clostridium
Flavobacterium Micrococcus
Degradación de materias orgánicas como
carbohidratos, proteínas. Producción de gas
metano en anaerobiosis.
Bacterias nitrificantes
Nitrobacter Nitrosomonas
Oxidan compuestos de N inorgánico como NH3
Bacterias desnitrificantes
Bacillus, Pseudomonas
Reducen nitrato y nitrito a N gaseoso (N2) u óxido
nitroso
Bacterias que fijan N2
Azotobacter Clostridium
Rhizobium
Capaces de fijar N2 atmosférico en forma libre o en
simbiosis con leguminosas hasta NH3
Bacterias sulfuro
Thiobacillus
Oxida sulfuro y hierro.
Bacterias filamentosas de hierro
Spherotillus Leptothris
Formadoras de lodos, oxidan hierro.
Izquierda: Lactobacillus sp.: Bacterias quimioorganotróficas,
participan en la fermentación del ácido láctico.
Derecha: Pseudomonas sp.: Bacterias quimioorganotróficas,
anaerobias facultativas, participan en la degradación de materias
orgánicas.
constituyen el mayor grupo en el suelo. Al respecto, Winograsdky define dos grandes categorías de microorganismos en el
suelo: microflora autóctona, que es característica de un suelo
dado, definida por las propiedades físico-químicas del medio,
y microflora zimógena, cuya actividad se centra en un tipo de
substrato energético metabolizable, como es el caso de bacterias u hongos que degradan la celulosa. De las 1.600 especies
bacterianas descritas en el manual de Bergey, aproximadamente 250 han sido aisladas del suelo.
La densidad bacteriana promedio de un suelo, determinada por los métodos clásicos de dilución y conteo en
medios de cultivos líquidos o sólidos, oscila entre 106 y 109
células/g de suelo, lo que representa una biomasa bacteriana promedio de 2.500 kg/ha. En suelos áridos y semiáridos,
la densidad bacteriana no pasa de 103 a 104 células/g de
suelo en los primeros 20 cm. En general, se estima que la
biomasa bacteriana es inferior a la biomasa fúngica, pero
la densidad de las bacterias es alrededor de cien veces más
elevada que la de los hongos; además, taxonómicamente, la flora bacteriana del suelo es menos conocida que la
fúngica.
La mayor parte de las investigaciones realizadas se refieren a la abundancia y actividad de los grupos funcionales y
fisiológicos, donde la importancia y tipo de crecimiento bac384
teriano en los suelos depende de variables ambientales tales
como una temperatura y humedad adecuadas, el contenido
de nutrientes, el ambiente gaseoso, los niveles de acidez, las
fuentes de energía y de carbono. Así, bacterias de características taxonómicas muy diversas pueden participar en un
mismo tipo de transformaciones biológicas y por tanto, presentar la capacidad o aptitud para asociarse y desarrollarse
en un medio dado, e intervenir en los diferentes ciclos biológicos como carbono, nitrógeno, azufre, fósforo, donde se
distinguen grupos especializados de gran importancia (véase
el cuadro 1).
En general, los ciclos biogeoquímicos están interrelacionados entre sí. El elemento que se encuentra en menor
proporción en un ecosistema constituye un factor limitante
del sistema. En regiones áridas o semiáridas, la falta de recursos hídricos limita la disponibilidad de agua por parte de
los vegetales superiores. Esta situación afecta, entre otros, la
calidad y cantidad de materia orgánica que se aporta periódicamente al suelo, lo que, a su vez, incide en el desarrollo
y actividad microbiológica del suelo, ya que la materia orgánica es el principal aporte de energía y de carbono que
tienen los microorganismos. Al respecto se han desarrollado diversas técnicas para evaluar la relación “microorganismos-materia orgánica” que existe en un ecosistema.
La mineralización del carbono orgánico, medido como el
desprendimiento de CO2 en un período dado, es un índice
adecuado de la actividad microbiológica global y puede ser
considerado como el reflejo del nivel energético disponible
en el suelo. Esto corresponde a la respiración del suelo, la
cual puede ser medida en el laboratorio sobre muestras de
suelo no enriquecidas (respiración endógena) o bien, adicionando materiales orgánicos o minerales para ver su influencia sobre el metabolismo del suelo. La respiración del
suelo medida in situ permite calcular para el ecosistema la
fracción de energía consumida por los microorganismos y
estudiar la influencia de los diferentes factores climáticos,
edáficos y bióticos sobre la actividad microbiológica del
suelo.
Capítulo II: Nuestra Diversidad Biológica
Filamento
multicelular
Gránulos de
sulfuros
Septa celular
Thiobacillus sp.: Filamentos de bacterias quimiolitotróficas,
participan en la oxidación de sulfuros y de hierro.
Las bacterias en Chile
A mediados de la década de los sesenta se iniciaron diferentes investigaciones con el objeto de establecer un conocimiento de la actividad microbiológica en suelos chilenos
e interpretar integralmente el comportamiento de los suelos
frente a las condiciones de cultivo de las distintas zonas del
país. Estos estudios se desarrollaron en el marco del Proyecto
de “Estudios y Reconocimientos de Suelos Chilenos” (ONUMINAGRI), por profesionales de la División Conservación de
Recursos Agrícolas del Servicio Agrícola y Ganadero, con la
colaboración de diversas personas e instituciones del ámbito
nacional e internacional.
En Chile, los bajos niveles de materia orgánica y, por tanto, de nitrógeno que presentan los suelos áridos y semiáridos,
como una consecuencia del déficit hídrico permanente a que
están sometidos, determinan la existencia de ecosistemas
simplificados con una mínima productividad. El suelo de ese
tipo prácticamente no contiene humus, lo que restringe la
actividad microbiana quimiotrofa, favoreciéndose la actividad microbiana fototrofa en sitios particulares. Es el caso de
algunas cianobacterias o cianofíceas halófitas (resistentes a
concentraciones salinas), que pueden desarrollarse en ambientes con cierto nivel de humedad bajo costras de sales,
contribuyendo con aportes interesantes de materia orgánica;
algunas especies pueden fijar nitrógeno atmosférico.
Metano-bacterias:
Bacterias
quimioorganotróficas
anaerobias extrictas,
participan en la
generación de gas
combustible, metano.
Se debe tener presente que en casi todos los desiertos se
produce un fuerte rocío nocturno que permite una microbiocenosis al estado latente o criptobiótico. Sin embargo, hay
microorganismos, como el Azotobacter, bacteria fijadora libre de N2 presente en estos suelos áridos, que desarrolla una
gran resistencia a la desecación del suelo por su capacidad
para formar quistes. Las bacterias fijadoras simbióticas del
género Rhizobium permiten que prosperen en estos suelos
leguminosas arbóreas, como tamarugos y algarrobos. La densidad microbiana de estos suelos áridos es más reducida que
la observada en suelos cultivados de clima templado y las
transformaciones microbiológicas que tienen lugar en estos
ecosistemas son lentas y reducidas, pero en equilibrio con el
medio. Los microorganismos más frecuentes son las bacterias esporuladas y las cianobacterias. La determinación de la
respiración endógena de estos suelos áridos presenta valores
de desprendimiento de CO2 inferiores a 0,5 mg/g suelo /día.
Los suelos aluviales de la zona central, cuyas características físicas y químicas (ricos en minerales, niveles medios
de materia orgánica, pH neutros a ligeramente ácidos, texturas medias y buena porosidad) determinan una densidad y
composición microbiana más diversificada y con exigencias
nutricionales y ambientales mayores. Esto se traduce en una
respiración endógena del orden de entre 50 y 150 mg/g de
suelo/día, donde predomina la actividad en condiciones aeróbicas, con bacterias quimioorganotrofas y quimiolitotrofas
que degradan complejas sustancias orgánicas e inorgánicas.
El desarrollo de bacterias Rhizobium es mayor y se observa principalmente en cultivos de leguminosas de grano; en
cambio, las actividades de las cianobacterias es menos relevante que en el caso de suelos áridos.
Los suelos graníticos de la costa, por su condición arcillosa y más ácida, presentan una menor actividad microbiana
que los anteriores, de entre 5 y 50mg/g de suelo/día. Los suelos del sur de Chile —rojos arcillosos, trumaos o volcánicos
y ñadis— se destacan por ser más ácidos y tener elevados
contenidos de materia orgánica, con inundaciones frecuentes en el caso de los ñadis. Estas características determinan
una respiración endógena elevada pero con tasas de mineralización inferiores a los otros suelos, debido al alto nivel de
materia orgánica que poseen. El nivel de acidez que presentan restringe el desarrollo de algunas bacterias nitrificantes,
fijadoras de N2 y bacterias quimiotrofas, en general.
Bibliografía
Alexander, M. 1977. Introduction to Soil Microbiology. Second Edition. J. Wiley, New York.
Atlas, R.M.; BARTHA; R. 2002. Ecología Microbiana y Microbiología
Ambiental. Pearson Washington, S.A.
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