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INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL ESCUELA NACIONAL DE CIENCIAS BIOLÓGICAS Informe de práctica Práctica No. 5

Diversidad microbiana en el suelo

Grupo 4QM1

OBJETIVOS 1. Determinar la diversidad de algunos grupos microbianos en una muestra de suelo rizosférico. 2. Comparar la diversidad microbiana de diferentes comunidades (muestras de suelo de la práctica de campo) mediante la aplicación de índices de similitud.

RESULTADOS Calculo del porcentaje de humedad en la muestra de suelo (Equipo 4). Pi= Peso Inicial= 102.5 g. Pf= Peso Final= 101.1 g. %Humedad = { %Humedad = {

Pi − Pf } X100 10

102.5 − 101.1 } X100 = 𝟏𝟒% 10

Calculo del porcentaje de humedad en la muestra de suelo (Equipo 8). Pi= Peso Inicial= 97.3 g. Pf= Peso Final= 95.4 g. %Humedad = { %Humedad = {

Pi − Pf } X100 10

97.3 − 95.4 } X100 = 𝟏𝟗% 10

Tabla 1. “Parámetros fisicoquímicos del suelo de las diferentes estaciones”

ESTACIONES / EQUIPO PARÁMETROS

1/1

1/2

3/3

3/4

5/5

6/6

7/7

6/8

pH

7.29

7.46

7.03

7.81

7.9

8.18

8.4

8.25

Temperatura (°C)

19

16

12

12

20

10

13

11

% Humedad

2

7

3

14

24

17

22

19

Tabla 2. “Cuantificación (UFC/g de Suelo) De Los Diferentes Grupos Microbianos”

Bacterias mesofílicas aerobias Estación / Equipo

Dilución

No. de Colonias

1/1

10-4

114

1/2

10-4

3/3

UFC/g (B.H.)

UFC/g (B.S.)

Actinomicetos Dilución

No. de Colonias

1.14x107 1.16 x107

10-4

15

116

1.17x107 1.25 x107

10-3

10

1x105

1.07x105

10-5

109

1.09x108 1.12 x108

10-4

23

2.3x106

2.3x106

3/4

10-3

143

1.43x106 1.66 x106

10-3

6.5

6.5x104

7.5x104

5/5

10-4

60.5

6.05x106

7.9 x106

10-4

13

1.3x106

1.7x106

6/6

10-3

173

1.73x106 2.08 x106

10-3

15

1.5x105

1.8x105

7/7

10-4

57

5.7x106

7.30 x106

10-4

24

2.4x106 3.06x106

6/8

10-3

143

1.43x106 1.76 x106

10-3

11

1.1x105 1.35x105

Pseudomonas fluorescentes Estación / Equipo

UFC/g (B.H.)

UFC/g (B.S.)

1.5x105 1.53x105

Bacillus sp.

Dilución

No. de Colonias

UFC/g (B.H.)

UFC/g (B.S.)

Dilución

No. de Colonias

UFC/g (B.H.)

UFC/g (B.S.)

1/1

10-4

2

2x105

2.04 x105

10-4

2

2x105

2.04 x105

1/2

10-3

65

6.5x104

6.98 x104

10-3

7

7x104

7.5 x104

3/3

10-5

7

7x106

7.21 x106

10-5

3

3x106

3.09 x106

3/4

10-4

14

1.4x106

1.62 x106

10-4

4

4x105

4.65 x105

5/5

10-4

5.5

5.5x105

7.23 x105

10-5

6

6x106

7.89 x106

6/6

10-4

4

4x105

4.81 x105

10-4

1

1x105

1.20 x105

7/7

10-3

4

4x104

5.12 x104

10-3

2

2x104

2.56 x104

6/8

10-3

10

1x105

1.23 x105

10-3

90

9x105

1.11 x106

Estación

Bacterias Corineformes

Hongos Filamentosos

Dilución

No. de Colonias

UFC/g (B.H.)

UFC/g (B.S.)

Dilución

No. de Colonias

1/1

10-2

11

1.1x104

1.1 x107

10-3

10.5

1.5x105 1.53x105

1/2

10-1

230

2.3x104

2.4 x104

10-2

64

1x105 1.07x105

3/3

10-2

103

1.0x105

1.0 x105

10-4

32.5

2.3x106 2.3x106

3/4

10-2

5.5

5.5x103

6.3 x103

10-3

9.5

6.5x104 7.5x104

5/5

10-2

47

4.7x104

6.1 x104

10-4

3

1.3x106 1.7x106

6/6

10-1

219

2.1x104

2.5 x105

10-2

9.5

1.5x105 1.8x105

7/7

10-3

3

3x104

3.8 x104

10-4

16.5

2.4x106 3.06x106

6/8

10-1

153

1.5x104

1.8 x105

10-2

23

1.1x105 1.35x105

log (UFC/g) (B.S.)

/ Equipo

UFC/g (B.H.)

UFC/g (B.S.)

Unidades formadoras de colonias sobre gramo (UFC/g) a base seca por estación de muestreo 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 1 (Eq 1)

1 (Eq 2)

3 (Eq 3)

3 (Eq 4)

5 (Eq 5)

6 (Eq 6)

7 (Eq 7)

6 (Eq 8)

Estación (Equipo) Bacterias Mesofilicas Aerobias

Actinomicetos

Pseudomonas fluorescentes

Bacillus spp

Bacterias corineformes

Hongos filamentosos

Figura 1: Representación gráfica de los valores del cálculo del logaritmo base diez de las unidades formadoras de colonia sobre gramo (UFC / g) en base seca de bacterias mesofílicas aerobias, actinomicetos, Pseudomonas flouorescentes, Bacillus sp, bacterias corineformes y hongos filamentosos obtenidas al sembrarse una alícuota de muestra de

agua traída de las cascadas de Atlihuetzia, registradas por los equipos de la sección 2, del grupo 4QM1.

Tabla 3. “Morfología Colonial de las Cepas Dominantes de Bacterias Mesofílicas Aerobias En Agar CPS-E”

Característica

Colonia 1

Colonia 2

Colonia 3

Color

Blanca

Blanca

Naranja

Tamaño

8 mm

6 mm

4 mm

Forma

Circular

Lobulado

Circular

Bordes

Entero

Ondulado

Entero

Elevación

Plano

Plano

Plano

Luz Reflejada

Brillante

Brillante

Brillante

Luz Transmitida

Opaca

Opaca

Opaca

Superficie

Lisa

Lisa

Lisa

Aspecto

Húmeda

Húmeda

Húmeda

Consistencia

Butirosa

Butirosa

Butirosa

Pigmento Difusible

No

No

No

Tabla 4. “Morfología Colonial De Los Diferentes Grupos Microbianos”

Característica

Actinomicetos

Pseudomonas fluorescentes

Bacillus sp.

Bacterias Corineformes

Color

Blanca

Amarillo

Blanca

Morado

Tamaño

2 mm

6 mm

6 mm

2 mm

Forma

Circular

Circular

Miceliode

Lobulada

Bordes

Entero

Entero

Ondulado

Ondulado

Elevación

Convexa

Plana

Plana

Plana convexa

Luz Reflejada

Mate

Brillante

Brillante

Brillante

Luz Transmitida

Opaca

Opaca

Opaca

Opaca

Superficie

Lisa

Lisa

Lisa

Lisa

Aspecto

Seco

Húmedo

Húmedo

Húmedo

Consistencia

Dura

Butirosa

Butirosa

Butirosa

Pigmento difusible

No

Amarillo

No

No

ABUNDANCIA Y DIVERSIDAD ENTRE EL MEDIO CPS-EL Y EL MEDIO AAP (COMPARACIÓN). COEFICIENTE DE SIMILITUD. Sitio de muestreo Ecosistema 1 Ecosistema 2 Ecosistema 3 Ecosistema 4 Ecosistema 5 Ecosistema 6 Ecosistema 7 Ecosistema 8

Colonia 1

Colonia 2

Colonia 3

Colonia 4

Colonia 5

Colonia 6

Colonia 7

Colonia 8

Σ

+ + + + + -

+ + + + + + + +

+ + + + + + + +

+ + + + + + +

+ + + -

+ + + + +

+ + -

+

5 5 5 5 5 4 5 5

Ya que se obtienen dos coeficientes iguales se procede a agrupar cada uno de los ecosistemas mediante cuadros separados y comparar cuál de ellos tiene el coeficiente más alto.

1er cuadro obtenido de la agrupación de los ecosistemas con coeficiente de 0.88

2do cuadro obtenido de la agrupación de los ecosistemas con coeficiente de 0.88

3er cuadro obtenido de la agrupación de los ecosistemas con coeficiente de 0.88

Ya que en los tres casos se obtienen coeficientes iguales se agrupa cada uno de los ecosistemas mediante cuadros separados y comparar cuál de ellos tiene el coeficiente más alto.

1er cuadro obtenido de la agrupación de los ecosistemas con coeficiente de 0.84

2do cuadro obtenido de la agrupación de los ecosistemas con coeficiente de 0.84

3er cuadro obtenido de la agrupación de los ecosistemas con coeficiente de 0.84

4to cuadro obtenido de la agrupación de los ecosistemas con coeficiente de 0.84

Ya que en el tercer y cuarto cuadro se obtienen coeficientes iguales se agrupa cada uno de los ecosistemas mediante cuadros separados y comparar cuál de ellos tiene el coeficiente más alto. 1er cuadro obtenido de la agrupación de los ecosistemas con coeficiente de 0.82

2do cuadro obtenido de la agrupación de los ecosistemas con coeficiente de 0.82

Al ser iguales ambos cuadros, ya que solo hay una diferencia en el acomodo de los ecosistemas y no en la agrupación solo se toma en cuenta uno de ellos y se procede a realizar lo mismo que en las veces anteriores ya que presentan 2 coeficientes iguales. 1er cuadro obtenido de la agrupación de los ecosistemas con coeficiente de 0.80

2do cuadro obtenido de la agrupación de los ecosistemas con coeficiente de 0.80

El coeficiente mayor de los cuadros realizados es el segundo por lo que se procede a agruparlo para obtener el coeficiente de similitud de todos los ecosistemas agrupados.

DISCUSIÓN

Los microorganismos en el suelo se verán afectados por variables como el pH, temperatura y humedad del suelo. El pH se mantuvo casi constante en todas las estaciones con muy poca variación, por su parte la temperatura varió entre cada estación lo que repercute en el crecimiento de los microorganismos favoreciéndolos o afectándolos, dependiendo del grupo microbiano. En cuanto a la humedad, fue uno de los factores que más cambió a lo largo de las estaciones con un intervalo del 2% al 24%; es necesario recordar que a menor humedad existe menos agua disponible para los microorganismos. Y un exceso de humedad puede limitar la cantidad de oxígeno, produciéndose un ambiente anaeróbico y favoreciendo una serie de procesos donde el oxígeno no sea el aceptor final de electrones como la desnitrificación y metanogénesis. Bacterias Mesofílicas Aerobias Son un grupo que por lo general son heterótrofas, donde la mayoría de estas bacterias donde su pH óptimo es en la neutralidad, pero tienen rangos de crecimientos que van desde pH de 6 a 8. Necesitan una actividad de agua muy alta y son el grupo microbiano que se encuentran en mayor proporción, con una variación entre 106 y 108 UFC/g de suelo. Su predominio se explica ya que a algunas bacterias producen endosporas y quistes latentes que les proporcionan resistencia a las variaciones de temperatura, los niveles extremos de pH y a la desecación del suelo. De esta forma pueden crecer de nuevo cuando encuentran condiciones favorables. Otras se protegen de la depredación y de la desecación emitiendo una cápsula de sustancias mucoides. Otras se desplazan en la solución del suelo mediante un flagelo para encontrar más fácilmente el sustrato alimenticio. Pseudomonas fluorescentes Las Pseudomonas pertenecen al grupo de las BMA por lo cual tienen características similares en cuanto requerimiento de humedad y el pH para su crecimiento. A estas bacterias se les atribuye el incremento los fosfatos, nitrógeno, sulfatos, amonio y la movilización del potasio. En la estación 3 se obtuvo la mayor cantidad de estos microorganismos mientras que en la 1 y 7 la menor cantidad.

Bacillus sp. Las especies del género Bacillus son microorganismos que pertenecen al grupo de bacterias mesofílicas aerobias, por lo que sus condiciones de crecimiento e cuanto a temperatura, pH y humedad son relativamente iguales. Uno de los principales microorganismos que se encuentran en los suelos son las bacterias y dentro de este grupo, las formadoras de endosporas, el género Bacillus sp. La endospora es una estructura especializada resistente a los efectos letales del calor, sequedad, congelación, radiación y químicos tóxicos. En consecuencia, las bacterias forman esta estructura para resistir las condiciones adversas del ambiente, también la pueden llegar a formar como una defensa metabólica. Por lo tanto, la formación de la endospora está dada por las condiciones del medio en que se encuentran estas bacterias. Estas endosporas pueden sobrevivir independientemente de la célula madre y pueden ser aisladas desde una gran variedad de sustratos, dada su resistencia al aire seco, al largo periodo de sobrevivencia bajo condiciones adversas, y a sus características termorresistentes, ya que pueden llegar a soportar desde 80°C a 100°C de temperatura. Es por esta razón que las diversas condiciones no afectarían de un modo importante para su desarrollo y cuantificación, ya que al ser sembradas estas bacterias encuentran los requerimientos necesarios. En todas las estaciones se encontró este grupo de microorganismos, debido a lo antes mencionado, Bacillus sp. Es un grupo de bacterias que debe encontrarse en gran cantidad en suelos y no deben encontrarse impedimentos para su crecimiento, como sucedió en la estación 3 y 5, las demás estaciones obtuvieron un crecimiento constante de este microorganismo. Actinobacterias Son bacterias que se ven favorecidas cuando se encuentran en pH alcalino y se ven desfavorecidas en pH ácidos. En zonas templadas, se alcanzan densidades de población entre 108 y 1011 UFC/g de suelo. Se reproducen por conidias y estas son resistentes a condiciones difíciles de temperatura, acidez y humedad. Esto les permite germinar cuando se restablecen las condiciones favorables para su desarrollo. En suelos secos los actinomicetos pueden tener un buen crecimiento. Dado que las bacterias se alimentan de compuestos orgánicos como azúcares y proteínas, se concentran en los residuos verdes de las plantas jóvenes y en la rizósfera donde se alimentan de células muertas y sustancias orgánicas liberadas por las raíces (exudados).

En las estaciones 3,5 y 7 se encuentran en mayor proporción debido a que encuentran el pH favorable (sin acercarse a la acidez) hacia un pH alcalino 7.038.4. En la estación 3/4 a pesar de tener un pH optimo no se lograron aislar un mayor número de colonias quizás por las características del suelo rizosférico ya que era una mezcla entre suelo “normal” y arena. Bacterias Corineformes Las bacterias Corineformes son bacilos Gram positivos que se agrupan en palisadas también denominadas "letras chinas". Uno de los géneros principales es Corynebacterium cuyas especies son patógenas de humanos, animales y plantas. El grupo Corineforme rara vez produce un crecimiento filamentoso, pero posee componentes en su pared celular similares a los de los Actinobacterias. En las estacione 3/3 encontramos el mayor número de estos microorganismos. Al ser bacterias en donde no afecta mucho la humedad. El factor determinante fue el pH el cual se vio favorecido en pH alcalino, pH que esta estación tiene. La estación 3/4 cumple con el pH pero quizás al alto grado de contaminación existente y no necesariamente con materia orgánica pudo afectar a las bacterias corineformes. Hongos Filamentosos Los Hongos tienen un pH de crecimiento de entre 2 a 9. La mayoría de los hongos encuentran su crecimiento ideal en pH ácidos, además de ser organismos mesofílicos en su mayoría. Crecen en forma de red extendiéndose como micelio hasta su estado reproductivo donde dan origen a esporas sexuales o asexuales. Son importantes degradadores aerobios de material vegetal en descomposición en suelos ácidos. Producen enzimas y metabolitos que contribuyen al ablandamiento y a la transformación de sustancias orgánicas. También estas enzimas forman parte de la actividad de otros microorganismos. La cuantificación de estos hongos es difícil ya que estos organismos en su forma vegetativa liberan al ecosistema millones de conidios o esporas. Que pueden germinar cuando se les coloca en medios de cultivo adecuados. El número “normal” determinado es de entre 104 y 105 UFC/ g de suelo. En la estación 3/3 se encontró una mayor cantidad estos microorganismos y en las demás estaciones los valores se mantuvieron constantes, siendo también un valor “normal” en la estación 1 donde se encuentra la principal zona de descarga

de contaminantes no necesariamente orgánicos, por lo que el desarrollo de los hongos filamentosos se vio desfavorecido. La comparación de comunidades microbianas a partir de cajas Petri con medio CPS-EL y medio AAP se realizó mediante el Índice de Sorensen que nos indica grado de diferenciación en cuanto a composición de especies que existe entre dos o más comunidades, este índice solamente considera la presencia o ausencia (incidencia) de especies. Los datos utilizados en este índice son de tipos cualitativos, de todos los coeficientes con datos cualitativos el índice e Sorensen es el más satisfactorio y los valores varían entre 0 a 1. El valor arrojado por el coeficiente de similitud de todos los ecosistemas (8) agrupados corresponde a 0.67 un valor que tiende a acercarse a 1, este dato nos indica que la diversidad de microorganismos en el suelo no es muy amplia o también puede interpretarse que la similitud entre estos ecosistemas es muy parecida.

CONCLUSIONES









El grupo de microorganismo con mayor presencia en el suelo rizosférico de las cascadas de Atlihuetzia, Tlaxcala corresponde al grupo de las bacterias mesofílicas aerobias. El grupo de microorganismo con menor presencia en el suelo rizosférico de las cascadas de Atlihuetzia, Tlaxcala corresponde al grupo de Pseudomonas fluorescentes. Los índices de similitud de las muestras se hacen en función de la coincidencia de presencia y de abundancia de las características del par de comunidades que se comparan. La diversidad microbiana en las diferentes comunidades no es muy grande.

Cuestionario 1.- ¿En qué tipo de suelos predominan los hongos y los actinomicetos y por qué? En suelo rizosférico ya que las plantas absorben del suelo por medio de sus raíces agua y nutrientes entonces es justo donde se concentran, alrededor de las raíces estando disponibles también para los microorganismos que habitan ahí, además los actinomicetos al fijar nitrógeno y los hongos al descomponer materia orgánica proporcionan los nutrientes de forma simple para las plantas. Algunas plantas producen sustancias que benefician el crecimiento de hongos y

actinomicetos además de brindarles un ambiente adecuado y en algunos casos protección frente a otros microorganismos. 2.- ¿A qué puede atribuirse la dominancia de ciertas bacterias sobre otras poblaciones en su muestra de suelo? A que estas poblaciones dominantes pueden ser autóctonas de ese hábitat por lo tanto son capaces de crecer en las condiciones ambientales propias del lugar, son capaces de tener actividad metabólica, son funcionales y competitivos, en cambio algunas otras poblaciones recesivas que fueron aisladas pueden ser poblaciones alóctonas y quizá las condiciones ambientales no sean las ideales para estos microorganismos. Cabe mencionar que solo se aislaron y se analizaron pequeñas cantidades de los microorganismos totales que hay en la muestra de suelo ya que muchos de estos microorganismos no se desarrollan en los medios de cultivo que se utilizaron en el laboratorio. 3. ¿Qué influencia tiene la microorganismos en el suelo?

rizosfera

sobre

la

distribución

de

Cerca de las raíces se encuentra una humedad relativa más alta comparada a la humedad del suelo donde no hay raíces, gracias a la absorción del agua que hacen las plantas; la porosidad del suelo, gracias a la estructura de las raíces ayuda a la aireación; la formación de micro y macro agregados de materia orgánica, crean un ambiente lleno de nutrientes y el pH forman un hábitat ideal para los microorganismos, además, la rizosfera puede considerarse como una zona de amortiguamiento microbiológico, donde la microbiota sirve de protección a la planta de algún patógeno. En los primeros centímetros del suelo existe mayor cantidad de restos orgánicos y O2 por lo que allí se dispone la mayor cantidad de microorganismos con metabolismos aeróbicos.

Literatura consultada  



Valverde, T. Ecología y medio ambiente. Primera Edición. Ed. Pearson. México. (2005). Thompson Louis M. y Frederick. R. Troeh. Los suelos y su fertilidad. Cuarta edición. Editorial Reverté (2005) Barcelona, España. ISBN: 84-291-1041-0 pp. 44 y 45. Julio L.G. “Fijación y movilización biológica de nutrientes” Volumen 1. Ed. Consejo Superior de Investigaciones Científicas. Madrid, 1991. Página 207 (Libro electrónico)