Los procesos microbiológicos en la actividad agropecuaria (página 5)

De manera general, en los suelos de clima templado es
mayor el contenido de materia orgánica que en los de zonas
tropicales, pues en estos últimos no se acumula como en
aquellos, ya que las condiciones edafoclimáticas de los
trópicos, favorecen la mineralización o
biodegradación de la materia orgánica por los
microorganismos.

Como fuentes de origen de la materia orgánica en
los suelos, se tienen:

• 1. Materia orgánica de origen
  vegetal.

• 2. Materia orgánica de origen
  animal

• 3. Materia orgánica de origen
  microbiano.

Materia orgánica de origen vegetal

Es la que llega al suelo a través de los restos
vegetales. Este tipo de materia orgánica pude
incrementarse a través de la rotación de cultivos,
los abonos verdes, aporte de plantas inferiores como las algas y
los líquenes, además con la aplicación de
subproductos agrícolas como cachaza, paja de caña
de azúcar, etc.

Materia orgánica de origen animal

Es la que llega al suelo a través de los restos
animales al morir y por sus deyecciones sólidas y
liquidas. Ej.: Estiércol y guano de murciélago,
humus, lombrices, purín, etc.

Materia orgánica de origen microbiano

Es la que llega al suelo a través de las
células al morir y por los metabolitos expulsados al
medio.

Composición media de la materia
orgánica

La materia orgánica es devuelta al suelo en forma
natural o es añadida a éste por el hombre. La misma
no llega al suelo dividida en carbonada, nitrogenada, fosforada o
azufrada; sino como un complejo único.

Entre los constituyentes de la materia orgánica
se pueden citar:

• Celulosa.

• Hemicelulosas y poliurónidos.

• Lignina y quitina.

• Almidón, dextrina, inulina y
  glucógeno.

• Elementos solubles en agua tales como
  azúcares (monosacáridos, disacáridos,
  trisacáridos), aminoácidos y ácidos
  alifáticos.

• Elementos solubles en éter o alcoholes como:
  grasas, aceites, ceras, resinas y pigmentos.

• Proteínas.

La descomposición de estas sustancias es un
proceso complejo resultante de la acción, principalmente,
de hongos, bacterias y actinomicetos.

No puede señalarse en la mayoría de los
casos un solo organismo como causante de los cambios y aunque se
postulan ecuaciones de éstos, vale aclarar que han sido
establecidas basadas en el comportamiento de los microorganismos
en cultivos puros y sin dudas, el efecto de la población
mixta del suelo es diferente en la mayoría de los
casos.

Metabolismo de las fuentes de carbono:

Variadas son las reacciones metabólicas que
tienen lugar durante la biodegradación de diferentes
compuestos carbonados.

La materia orgánica es empleada por los
microorganismos en dos procesos:

• 1- Asimilación: Consiste en la toma de
  carbono con fines plásticos, es decir, para la
  elaboración de los constituyentes
  protoplasmáticos; al tiempo que hay una
  absorción paralela de N, P, K, S. Estos elementos
  mantienen entre si las relaciones características del
  protoplasma. Los microorganismos absorben estos elementos de
  la solución del suelo, compiten con las plantas y
  reducen la disponibilidad de ellos.

• 2- Desasimilación: Provee la
  energía necesaria para la asimilación.
  Comprende la utilización de parte del carbono de la
  materia orgánica en procesos respiratorios y
  fermentativos, los cuales son llevados a cabo por
  microorganismos heterótrofos.

El ciclo del carbono, figura en el primer lugar en
importancia entre todos los ciclos bioquímicos de la
naturaleza, ya que este elemento es el principal componente de la
materia orgánica y la fuente de energía más
destacada.

Por la heterogeneidad de la materia orgánica en
cuanto a su origen y composición, en el suelo van a ser
transformados toda una serie de compuestos carbonados.

CICLO DEL CARBONO

En dicho ciclo, el dióxido de carbono es fijado
en el proceso de la fotosíntesis por las plantas y otros
organismos fotosintéticos por la acción de la luz,
transformándose en carbono orgánico; así
como los microorganismos autótrofos, que asimilan e
incorporan a la materia orgánica del suelo, la cual se
enriquece por los restos animales, vegetales y
microbianos.

Dicha materia orgánica es mineralizada por los
microorganismos heterótrofos que emiten CO2 a la
atmósfera, al igual que las plantas y los animales durante
la respiración o puede convertirse en un cuerpo
heterogéneo rico en carbono, llamado humus o
fracción orgánica del suelo.

El ciclo se completa y el carbono se hace disponible en
la descomposición final del humus, con producción
de CO2 el cual se considera que es aportado en un 85% por los
microorganismos heterótrofos al descomponer la materia
orgánica.

Biodegradación de los
azúcares

Estos compuestos son los primeros atacados por los
microorganismos cuando los tejidos vegetales son incorporados al
suelo "desapareciendo" en pocos días, mediante
reacciones hidrolíticas simples.

Por lo general los hongos y las levaduras emplean estos
compuestos más rápidamente que las bacterias y
actinomicetos. No obstante, todos ellos participan en su
biodegradación.

Los productos finales de la mineralización de los
azúcares simples son el CO2 y H2O, pero las etapas y
metabolitos intermediarios son muy diferentes, según las
condiciones medioambientales y el tipo de microorganismo
participante.

La ecuación general de la biodegradación
es:

Biodegradación del
almidón

El almidón está formado por dos
componentes principales: amilasa y amilopectina. El
almidón "desaparece" rápidamente cuando es
tacado por los microorganismos amilolíticos del
suelo.

De un 50 – 80 % de las bacterias y actinomicetos que
aparecen el suelo pueden emplear el almidón, de ahí
que el número total de amilolíticos sea grande: 1 a
106/gramo de suelo seco.

Entre los microorganismos participantes,
están:

• Bacterias: Bacillus, Clostridium,
  Pseudomonas.

• Actinomicetos: Nocardia, Streptomyces.

• Hongos: Aspergillus, Fusarium.

La ecuación de descomposición, se resume
en:

Biodegradación de la celulosa

La celulosa es el producto orgánico más
abundante en la naturaleza, constituye aproximadamente la tercera
parte de los materiales vegetales, predominando en los materiales
fibrosos leñosos, siendo baja su proporción en las
plantas jóvenes y abundantes en aquellas en que predominan
los azúcares.

La celulosa es un polímero de la
glucosa.

Debido a que la celulosa es una molécula de gran
tamaño y peso molecular, ésta no puede penetrar en
la célula microbiana; debiendo ser hidrolizada. Es
resistente a varios agentes oxidantes y sólo se hidroliza
por ácidos concentrados, resistiendo también el
ataque de la gran mayoría de los microorganismos
edáficos, sin embargo, se descompone fácilmente por
organismos específicos denominados microorganismos
celulolíticos, entre los que se tienen:

• Bacterias aerobias: Cellfacicula, Cellvibrio,
  Cellulomonas.

• Mixobacterias: Cytophaga.

• Bacterias anaerobias y termófilas:
  Clostridium, Ruminococcus.

• Actinomicetos: Streptomyces,
  Nocardia.

• Hongos filamentosos: Aspergillus,
  Penicillium, Trichoderma.

• Protozoarios: Hartmanella.

Un factor importante en la bioquímica de la
descomposición de la celulosa en el suelo, es el efecto de
los minerales de la arcilla, ya que los compuestos
celulósicos pueden ser adsorbidos o retenidos por las
arcillas. Otro factor de mayor importancia es la
inactivación parcial de la enzima celulasa por ciertas
enzimas.

Ecología de la biodegradación de la
celulosa:

Las condiciones de descomposición dependen de los
microorganismos y los factores del medio.

• Aireación: La biodegradación de
  la celulosa puede tener lugar en presencia y ausencia de
  oxígeno.

Los microorganismos aerobios la descomponen
completamente:

Los anaerobios, producen glucosa que luego es
fermentada:

• pH: influye directamente sobre la
  descomposición, pues según sea ácido,
  neutro o alcalino; participarán en ella determinados
  microorganismos. Así a pH ácido, la
  descomposición se llevara a cabo preferentemente por
  los hongos.

• Temperatura: Este factor tiene gran
  importancia, pues está demostrado que los aerobios no
  actúan por enzima de de 320C mientras que los
  anaerobios efectúan dicho proceso entre los 45 –
  600C.

• Humedad: El rango óptimo oscila de 65
  – 85 % de la capacidad de campo o capacidad máxima de
  retención de agua en el suelo. Si se produce exceso de
  humedad, la descomposición será
  anaerobia.

• Factores nutricionales: Tienen gran
  importancia en la descomposición, especialmente la
  presencia de formas nitrogenadas utilizables por los
  microorganismos. Sin la presencia de nitrógeno, la
  celulosa no se descompone, ya que este elemento es necesario
  para mantener la relación C/N adecuada al protoplasma
  de los microorganismos.

Biodegradación de las
hemicelulosas

Después de la celulosa, los componentes presentes
en mayor proporción en las plantas, son las hemicelulosas,
las cuales son compuestos polisacáridos, que poseen
más complejidad y difícil descomposición que
la celulosa.

Los microorganismos participantes en su
descomposición son: hongos, actinomicetos, bacterias
(microorganismos hemicelulóticos), los cuales dependen del
tipo de hemicelulosas que ataquen. Las enzimas participantes son
denominadas citasas y la ecuación general de la
descomposición es:

La descomposición es casi tan lenta como la de la
celulosa y se plantea, que en condiciones anaerobias son
descompuestos en un mes 9.8 % de celulosa y 26.8 % de
hemicelulosas y en condiciones aerobias un 62.4 % de celulosa y
un 56.2 % de hemicelulosas.

Biodegradación de las sustancias
pécticas

Son sustancias que están presentes en
proporción del 1 % en la materia orgánica
añadida al suelo.

Los carbohidratos pécticos son
polisacáridos complejos compuestos de unidades de acido
galacturónico unidos en cadenas.

Las bacterias, los hongos y los actinomicetos son los
responsables de la hidrólisis de la pectina en suelos que
contienen 105 – 106 microorganismos pectolíticos o
pectinolíticos / gramo de suelo seco.

Entre las bacterias se tienen especies de los
géneros Bacillus, Clostridium y Pseudomonas. Las enzimas
pectolíticas son muy frecuentes entre los hongos
fitopatógenos, los cuales mediante ellas disuelven la
lámina media de la pared celular y parasitan la
célula. El Fusarium y Verticillium son ejemplos de tales
hongos.

Biodegradación de la lignina

La lignina es muy resistente a la degradación
enzimática y de los compuestos de la materia
orgánica es el último en descomponerse. Se
encuentra en todas las plantas en concentraciones
variables.

En condiciones naturales la lignina tiende a acumularse,
debido a la resistencia a la degradación, por lo que
contribuye a la formación y acumulación del
humus en el suelo.

Se puede descomponer tanto aeróbica como
anaeróbicamente y la descomposición está
afectada por la temperatura, el nitrógeno disponible y
otros constituyentes de los restos de las plantas que se
están descomponiendo.

En la descomposición aerobia de la lignina a
temperaturas medias participan principalmente hongos
Basidiomicetos.

Los fitopatólogos dividen los hongos destructores
de la madera en dos grupos:

• Hongos de la pudrición parda, que afectan la
  celulosa y no a la lignina.

• Hongos de la pudrición blanca, que destruyen
  tanto a la celulosa como a la lignina.

Biodegradación de los
plaguicidas

Aunque la era de la quimización en la agricultura
está pasando, aún es importante la cantidad de
plaguicidas que se emplean en el combate de plagas, enfermedades
y malezas que afectan los cultivos agrícolas. Para muchos
la quimioplaguicidas deben "desaparecer" pues de lo contrario
ocasionarán graves daños en la
naturaleza.

Las vías a través de las cuales los
plaguicidas pueden "desaparecer" en el suelo son las
siguientes:

• Lixiviación (arrastre o lavado por el
  agua).

• Evaporación (por efecto del
  calor).

• Fotodescomposición (por acción de la
  luz).

• Adsorción (retención en las
  micelas coloidales).

• Absorción (por las plantas).

• Biodegradación (degradación
  microbiana).

Si bien estas dos últimas vías son las
más importantes, puede afirmarse que la
biodegradación por los microorganismos es la más
efectiva y la que en mayor grado provoca la permanencia y la
pérdida de actividad del plaguicida en el
suelo.

Para que un plaguicida sea biodegradado en el suelo,
debe cumplirse que:

• El plaguicida sea capaz de inducir la
  síntesis de enzimas necesarias para su
  degradación.

• Los microorganismos capaces de degradarlo, sean
  propios del suelo o capaces de desarrollarse en
  él.

• El plaguicida se encuentre en forma asequible (no
  adsorbido) a los microorganismos.

Entre los factores que influyen en la
biodegradación de los plaguicidas en el suelo
están:

• La estructura química del
  plaguicida.

La complejidad de la molécula influye en el
tiempo de persistencia del plaguicida, pues a mayor complejidad
mayor tiempo de persistencia.

Ejemplo, el clásico herbicida 2, 4 – D
desaparece del suelo en 6 a 8 semanas, mientras que otro
clásico como el 2,4,5 – T demora 1 año o
más en el suelo. En la estructura de este último
existe un átomo más de Cloro.

• La dosis de la sustancia activa.

En sentido general, mientras mayor sea la cantidad o
dosis de plaguicida aplicado, mayor será su
persistencia.

• Factores edáficos.

El pH, humedad, temperatura y nivel de nutrientes que
favorezcan el crecimiento microbiano en el suelo, influye
favorablemente en la descomposición del plaguicida y en su
menor permanencia.

Interacción entre los microorganismos
edáficos y los plaguicidas.

Tal interacción puede verse en dos
sentidos:

Primero: Efectos de los plaguicidas sobre la
microflora edáfica y sus actividades:

• 1. Los plaguicidas pueden modificar la
  composición cuantitativa y cualitativa de la
  microflora.

• 2. Pueden afectar actividades microbianas como
  la nitrificación, fijación biológica del
  N2 y la cantidad de CO2 evolucionado.

• 3.  En algunos casos pueden afectarse las
  estructuras microbianas.

Se ha demostrado, que tales efectos no son
permanentes, sino que duran un periodo de tiempo más o
menos largo, después del cual el suelo recupera su
equilibrio normal.

Segundo: Efectos de la flora microbiana sobre los
plaguicidas.

De los plaguicidas, pese a su amplio uso, los más
ampliamente investigados han sido los herbicidas,
demostrándose que los mismos pueden ser biodegradados por
la microflora telúrica.

Algunos autores han encontrado bacterias que descomponen
el Dalapón (2,2 Dicloro propano), entre las que se
mencionan los géneros Agrobacterium y
Pseudomonas.

Otros autores han comprobado que en el suelo
ferralítico rojo, especies de Pseudomonas, Arthrobacter
como bacterias y Aspergillus y Fusarium como hongos, fueron
capaces de descomponer la 3,4 Dicloroanilina en un período
de tres semanas.

También se ha comprobado que los actinomicetos en
suelos cultivados con arroz, son capaces de degradar el
Diazinon.

Evolución del CO2 en los
suelos.

El dióxido de carbono es el producto final en la
mineralización de los compuestos carbonados en el suelo.
Se emplea para la caracterización microbiológica de
los suelos, teniendo en cuenta la cantidad de CO2 que se
desprende al cual se le denomina también como
evolución del CO2 o capacidad respiratoria del suelo y
constituye un índice de la actividad degradativa
microbiana en los suelos.

La mineralización de los compuestos carbonados es
más rápida en los suelos neutros o ligeramente
alcalinos, ya que los suelos ácidos impiden la
volatilización del CO2.

Factores que influyen en la evolución del
CO2.

• 1. Tipo de material
  orgánico.

Mientras más complejo sea el material carbonado
presente o añadido al suelo, más lenta será
su descomposición y menor la cantidad de CO2
evolucionado.

2-Composición cualitativa de la
microflora.

No todos los grupos microbianos tienen la misma
eficiencia en el metabolismo de los compuestos carbonados, medida
dicha eficiencia en % de carbono total transformado en carbono
protoplasmático.

Por ejemplo, los hongos toman de 30 a 40% del carbono
con fines plásticos, las bacterias aerobias del 5 al 10% y
las anaerobias del 2 al 5%. Estas últimas son muy
ineficaces y dejan todavía gran cantidad de productos
ricos en carbono sin degradar totalmente.

• 3- El pH del suelo.

Este factor influye notoriamente, ya que afecta la
composición cualitativa de los microorganismos del suelo y
su actividad enzimática y metabólica.

• 4- Nivel de nitrógeno mineral en el
  suelo.

La presencia de suficiente nitrógeno mineral en
el suelo, permite altos niveles de descomposición del
material carbonado, al posibilitar una adecuada relación
C/N en el protoplasma microbiano, aumentando de esta manera el
CO2 desprendido producto de la biodegradación
microbiana.

Puede señalarse además, que la mayor parte
del carbono de la materia orgánica descompuesta por los
diferentes microorganismos del suelo, se libera en forma de CO2,
pero incorporan cantidades variables de carbono en los compuestos
orgánicos de las células microbianas. Para
incorporar el carbono en el protoplasma y otros compuestos
orgánicos en sus células, los microorganismos deben
utilizar, al mismo tiempo, otros elementos nutritivos, de los
cuales los más importantes son N, P, y S.

En general los factores antes mencionados, unidos a
otros como un fino estado de desintegración del material
carbonado y adecuados valores de temperatura (30 a 45ºC),
humedad (65 a 85% de la capacidad de campo) que favorezcan las
poblaciones microbianas y sus actividades, incrementan el CO2
evolucionado o emitido en los suelos. Tales aspectos deben
tenerse muy en cuenta a la hora de estimar el grado de
acumulación o descomposición de la materia
orgánica.

El CO2 evolucionado, producto de la actividad
biológica en los suelos, juega un papel importante en los
procesos pedogenéticos o de formación del suelo,
pues el mismo se combina con el agua libre formando ácido
carbónico:

el cual reacciona con las rocas y minerales,
produciéndose nuevos compuestos, fraccionándose las
rocas, etc. Este ácido carbónico formado participa
también en la solubilización del fósforo
insoluble y en la movilización de otros elementos del
suelo.

El humus en el suelo y su importancia

La parte menos digerible o biodegradable de los tejidos
vegetales como lignina, resina y los esqueletos animales:
uñas, cabellos, cuernos y huesos; sufren un proceso de
lenta descomposición. La mezcla de estos residuos de
descomposición lenta, la cual se acumula en el suelo,
produce un material de residuo blando, esponjoso y algáceo
de color oscuro o negro denominado HUMUS.

El humus en el suelo:

• Ejerce una importante acción física,
  pues mejora la estructura, aireación, contribuye a la
  agregación de las partículas, aumenta la
  capacidad de retención de agua, ayuda a absorber
  más calor, aumenta la capacidad tampón y evita
  cambios bruscos de pH.

• Produce cambios químicos en los
  constituyentes del suelo como hacer más solubles el P,
  Fe y neutralizar sustancias tóxicas a las
  plantas.

• Influye sobre el estado biológico del suelo,
  al que hace más favorable para el desarrollo del
  sistema radical de las plantas y para el crecimiento de los
  microorganismos.

• Desde el punto de vista agrícola, la
  mineralización del humus es importante, ya que aporta
  la mayoría de los elementos que provienen de la
  materia orgánica a las plantas y sirve como fuente de
  reserva de nutrientes como CO2, N asimilable, etc.

Preguntas de comprobación (Ciclo del
Carbono)

• 1- Señale los principales grupos de
  microorganismos presentes en el suelo y mencione los
  métodos empleados para su estudio.

• 2- Cuáles son los productos finales de
  la biodegradación de los azúcares
  simples.

• 3- Qué factores influyen en la
  biodegradación de la celulosa.

• 4- Diga dos de los efectos que producen los
  plaguicidas sobre los microorganismos.

• 5- Cuál es la importancia de la
  evolución del CO2 y el humus en el suelo.

Tema III. Microbiología del
suelo

Conferencia No. 2

Descomposición
de compuestos nitrogenados en los suelos

Contenido:

Descomposición de compuestos nitrogenados en los
suelos. La amonificación o mineralización.
Microorganismos participantes. Ecología. Concepciones
modernas sobre el proceso de nitrificación. La
desnitrificación. Microorganismos participantes.
Ecología. Significación agronómica de las
transformaciones del nitrógeno en los suelos.
Microorganismos participantes. Ecología del proceso.
Mecanismos de la fijación. La fijación
simbiótica. Microorganismos participantes.
Ecología. Significación agronómica de la
fijación biológica del nitrógeno
atmosférico en la biosfera.

Objetivos:

El estudiante debe saber:

• Las vías de transformación de los
  compuestos nitrogenados en el suelo.

• Los factores ecológicos que influyen en la
  biodegradación de dichos compuestos y su importancia
  agropecuaria.

• El papel que juegan en particular los
  microorganismos nitrofijadores, como vía de ganancia
  de nitrógeno para el suelo.

DESARROLLO DE LOS
CONTENIDOS

Descomposición de compuestos
nitrogenados.

El nitrógeno, tal como se encuentra en los
ácidos nucleicos, en las proteínas y en la
clorofila, es el elemento más importante para todas las
formas de vida; por consiguiente, ninguna bacteria, hongo, planta
verde o animal de cualquier tipo sea, puede creer o funcionar si
no capta nitrógeno en manera aceptable.

En la atmósfera terrestre, o disuelto en los
océanos, existe naturalmente, una gran cantidad de
nitrógeno elemental en forma gaseosa, como también
en los suelos o en ciertas rocas terrestres o marinas, pero las
plantas y animales no pueden, por si mismas, utilizar este
nitrógeno que, por consiguiente, está siempre
presente, aunque no utilizado, en los espacios aéreos de
los tejidos de las plantas; análogamente, los animales
inhalan el aire y rechazan el nitrógeno.

Casi todos los organismos utilizan el nitrógeno
únicamente en sus formas combinadas: las plantas verdes
crecen bien si se suministra a sus raíces nitratos o sales
amónicas, que, en condiciones naturales, pueden obtener
usualmente de la tierra, o bien del agua, si son plantas
acuáticas. Las plantas pueden sintetizar enzimas y; por lo
tanto, proteínas y otros compuestos nitrogenados
necesarios para su crecimiento. Los animales carecen de esta
facultad, y adquieren el nitrógeno, principalmente
consumiendo las proteínas que han sido sintetizadas por
las plantas.

De los elementos mayores o macroelementos necesarios a
las plantas, el nitrógeno es el que está sujeto a
más transformaciones microbiológicas. Este elemento
es fundamental en la molécula de proteína y es un
componente indispensable del protoplasma de las plantas, animales
y microorganismos. El nitrógeno sufre una serie de
transformaciones, en que participan compuestos orgánicos e
inorgánicos y que pueden resumirse en un ciclo
biológico.

Numerosas literaturas y autores proponen diferentes
esquemas sobre el ciclo del nitrógeno, los cuales poseen
mayor o menor grado de complejidad y en virtud son más o
menos asequibles al entendimiento. Por eso propondremos uno, ya
tradicional en nuestra cátedra de Microbiología,
que si bien es sencillo, se exponen no obstante cada una de las
fases en que participan los microorganismos: Fijación
biológica (FB), mineralización o
amonificación (MA), nitrificación (N),
desnitrificación (D), reducción de nitratos (RN) e
inmovilización biológica (IB).

CICLO DEL
NITRÓGENO

Fijación biológica del
Nitrógeno:

En el ciclo del nitrógeno, el factor más
importante es la fijación del nitrógeno de la
atmósfera. Los procesos naturales de fijación,
aunque son contiguos, por lo general, demasiado lentos en ciertas
zonas de producción agrícola intensiva.

Cast (1976), calculando la fijación física
a través de las lluvias y de los relámpagos; la
fijación química a través de los volcanes,
de la niebla natural o artificial, de los efluentes industriales
y del transporte mecánico, y la fijación
biológica; comprobó que la cantidad de
nitrógeno fijada artificialmente –es decir, por el
hombre– es sólo la mitad de la fijada por medios
naturales; a pesar de ello, la fijación artificial del
nitrógeno modifica considerablemente el ciclo del
nitrógeno en el ecosistema natural.

La fijación biológica del nitrógeno
atmosférico es un proceso importantísimo, en el
ciclo de este elemento, el cual puede dividirse desde el punto de
vista ecológico en dos grandes, simbiótica y no
simbiótica (Tena y Magallanes, 1985).

Pese a que no se pone en duda la importancia de la
fijación simbiótica del nitrógeno no podemos
decir lo mismo de la fijación no simbiótica, cuya
importancia es uno de los aspectos más discutidos en la
rama de la bioquímica del suelo. No obstante se estima,
que en algunos casos, la fijación del nitrógeno
mediante microorganismos no simbióticos puede jugar un rol
relevante en el ciclo del nitrógeno en diferentes
ecosistemas (Dobereiner, 1968; Yoshida y Ancajas, 1971;
Dommergues et al., 1973; Klubex y Saujins, 1980; Casselman et
al., 1981).

Por fijación biológica se entiende el
proceso mediante el cual, determinados microorganismos ya de
manera aislada (asimbiótica) o en combinación con
plantas superiores (simbiótica), fijan el nitrógeno
molecular, convirtiéndola en formas asimilables para las
plantas, tales como el amonio (Tisdale y Nelson, 1970; Becking,
1971; Dinchev, 1972; Dobereiner, 1977; Treto, 1982).

Fijación asimbiotica del dinitrógeno
atmosférico en los suelos. Microorganismos
participantes.

Varios son los microorganismos de vida libre que llevan
a cabo la fijación del dinitrógeno
atmosférico y si anteriormente se destacaban las bacterias
de los géneros Azotobacter, Beijerinckia y Clostridium y
algunas algas verdes – azules, hoy podemos decir que si
bien el Azotobacter continúa aprovechándose como
nitrofijador asimbiótico, se le prefiere más bien
como bioestimulantes de la germinación, crecimiento,
desarrollo y rendimiento de varios cultivos agrícolas;
dada la excreción de sustancias fisiológicamente
activas resultado de su metabolismo que tienen tales funciones.
Actualmente, como fijadores de nitrógeno asociados a
gramíneas, se distinguen los géneros bacterianos
Azospirillum y Acetobacter, que se emplean como biofertilizantes.
También se utilizan con éxito en arrozales el alga
verde–azul Anabaena azollae y el helecho Azolla pinnata,
quienes se asocian para nitrofijar.

Atendiendo a sus características, los fijadores
asimbióticos de nitrógeno podemos agruparlos
en:

• Bacterias heterótrofas: Achromobacter,
  Aerobacter, Clostridium, Azotobacter, Azospirillum,
  Azotomonas, Acetobacter, Bacillus, Beijerinckia,
  Derxia.

• Bacterias autótrofas: Methanobacillus
  omelianski.

• Algas verde–azules: Anabaenopsis,
  Tolypotrix, Anabaena, Nostoc, Cylindrospermum.

• Bacterias fotosintéticas: Chlorobium,
  Chromatium, Rhodomicrobium, Rhodospirillum.

• Helechos: Azolla, como A. pinnata, A.
  mexicana, A. caroliniana.

Ecología de la fijación
asimbiótica.

Los nitrofijadores asimbióticos, pese a tener un
denominador común en cuanto al mecanismo bioquímico
del proceso, no obstante, los géneros participantes
difieren en sus exigencias nutricionales, caracteres
morfológicos y factores ecológicos que los
gobiernan.

Un gran número de factores ambientales regula la
magnitud de la fijación no simbiótica del
nitrógeno y la transformación es marcadamente
afectada por las características físicas y
químicas del hábitat. Los microorganismos que fijan
nitrógeno utilizan tanto los nitratos como las sales
amónicas, como fuente de nitrógeno, y por lo tanto
la presencia de estos compuestos inhibe la
fijación. Algunos nutrientes inorgánicos son
necesarios para dicha actividad; el Mo por ejemplo se
requiere para el metabolismo del nitrógeno, y la enzima
nitrogenasa es activada por este elemento.

Si analizamos las particularidades de algunos
microorganismos podemos plantear por ejemplo:

Azotobacter: Es aerobio estricto, mesófilo
(óptimo 30ºC) y muy sensible a la acidez, no fija
nitrógeno a pH por debajo de 6, siéndole favorable
valores entre 7 y 8. La escasez de fosfatos en el suelo limita su
desarrollo. La mayoría de las especies de Azotobacter no
toleran la salinidad.

Rubenckik (1960), citado por Hamdi (1985); estudiando el
efecto de la Azotobacteriana en 1 095 experimentos realizados en
la URSS sobre la respuesta al rendimiento por Azotobacter,
observó que en 890 de ellos (el 81%) aumentó el
rendimiento de los cereales, hortalizas y cultivos
industriales.

Beijerinckia: Es un género aerobio. Su
distribución geográfica es restringida, pues aunque
ha sido aislado en suelos no tropicales (de zonas templadas), es
en los suelos tropicales donde principalmente se encuentra en
cuanto a número de células por cantidad de suelo, y
en menor grado, en los suelos subtropicales (Becking, 1977). Con
respecto al pH no es sensible a la acidez como el Azotobacter,
pudiendo tolerar hasta pH 3. Becking (1961) demostró que
las muestras de suelo que contenían la mayor
proporción de muestras positivas de Beijerinckia
tenían valores de pH de 5 – 5.4; 5.5 – 5.9 y 6
– 6.4. En los experimentos sobre crecimiento en un medio de
cultivo, la fijación máxima de nitrógeno se
obtuvo con un pH de 4.5. En algunas variedades el pH
óptimo fue de 4; observándose una considerable
disminución de la fijación a valores mayores y
menores del pH; no obstante, algunos estudios señalan que
se han aislado a pH de 8.27 y 7.25. Pueden aparecer en diferentes
cultivos, tanto en la rizosfera como filosfera.

Clostridium: Son abundantes en los suelos. Se
encuentran en valores de pH 5 y pueden crecer hasta un pH 9. Son
anaerobios, pero se les puede encontrar en suelos aireados, pero
resultan ineficientes en la nitrofijación.

Algas verdes–azules: Pueden vivir en muchos
lugares, desde el Antártico hasta los trópicos;
pudiendo tolerar tanto bajas como altas temperaturas. Son
frecuentes en suelos inundados, como los arrozales.

Las algas verde–azules que fijan el
nitrógeno pueden asimilar fácilmente el
nitrógeno orgánico, y cuando hay nitrógeno
combinado, puede ser asimilado preferentemente inhibiendo
así la fijación. En cuanto a los nutrientes De y
Sulaiman (1950), citados por Hamdi (1985) han señalado que
añadiendo fosfatos a los arrozales, ya sea en forma
soluble, como el fosfato potásico, o insoluble, como el
fosfato cálcico, se estimula a la nitrofijación. Se
ha demostrado que el Ca es necesario para el crecimiento de las
algas verde-azules; así como el Co, Mo, B y Mn los cuales
son esenciales para el crecimiento y desarrollo de varias
especies.

Stewart (1975) ha citado numerosos estudios sobre la
relación de la luz y la nitrogenasa con las algas
verde–azules que viven independientemente y con los
líquenes. Por lo general hay una correlación entre
la fijación del nitrógeno y la reducción del
acetileno.

Las algas verde–azules son atacadas por diversos
organismos, como áfidos, protozoos, hongos, bacterias y
virus (Singh, 1978), ataques que se manifiestan en forma de
manchas pálidas o blancas, de anillos, o de trozos de
algas. La variabilidad, de un campo a otro, de las poblaciones de
algas, y su repentina desaparición son atribuibles, en
general, a los ataques de estos organismos.

Azospirilum: En 1922, Beijerinck comunicó
la existencia de un Spirillum que fijaba el nitrógeno en
un cultivo enriquecido con Azotobacter chroococcum: al principio
predominado Azotobacter spirillum, pero más tarde, en
1925, lo denominó Spirillum lipoferum. Posteriormente se
encontró que el Spirillum era común en suelos con
rizosfera o en suelos libres, de climas diferentes y se ha
encontrado en asociación con varias plantas. En cuanto a
su ubicación taxonómica Krieg (1977) sugirió
el nombre genérico de Azospirillum y dio nombre a dos
especies: A. lipoferum y A. brasiliensis.

Hay repetidos indicios de que Azospirillum lipoferum
está presente en la superficie de las raíces del
maíz, de la Digitaria y de otras hierbas, así como
dentro de las raíces (Burris, 1977; Dobereiner,
1978).

Según Dobereiner (1966), además de
Azotobacter paspali asociada a Paspalum notatum, fueron aisladas,
asociadas a gramíneas forrajeras, cuatro especies de
Azospirillum; apreciándose A. brasilense en
gramíneas de clima templado y A. lipoferum en
gramíneas tropicales. A. amazonense fue encontrada en la
rizosfera y superficie de gramíneas en la Amazonia y
Río de Janeiro (Magalhaes et al.; 1983; Magalhaes y
Dobereiner, 1984). Umali – García et al. (1980)
observaron infección de raíces de Panicum con A.
brasilense y Smith et al. (1978), mostraron efectos de la
inoculación en esta gramínea con A. brasilense en
condiciones de campo.

Recientemente se ha identificado otra bacteria
diazotrófica adaptada a suelos salinos y a altas
temperaturas (la óptima es 40ºC) llamada Azospirillum
hamalopraeferans (Reinhold et al., 1987), que hasta el momento
sólo fue encontrada asociada a una grama forrajera en
Pakistán (Leptochloa fuscal).

En cuanto a aspectos ecológicos Azospirillum se
desarrolla bien a temperaturas entre 32 y 40ºC. Prefiere un
pH entre 6.8 y 7.8. Para el crecimiento de Azospirillum lipoferum
(Spirillum lipoferum) en condiciones que requieren
fijación del nitrógeno es esencial la
regulación de la presión parcial del
oxígeno. Si se suministra amoníaco como fuente de
nitrógeno, el organismo crece como uno típicamente
aerobio; cuando el organismo está fijando
nitrógeno, opera como un organismo microaerofílico
(Burris, 1977).

Es importante en el futuro en nuestro país,
desarrollar trabajos investigativos, sobre la
nitrofijación asimbiótica por Azospirillum y
Acetobacter dado lo promisorio en este campo de la
ciencia.

Bioquímica de la fijación
asimbiótica:

Los microorganismos que asimilan biológicamente
nitrógeno son únicos, pues este elemento es un gas
inerte. La enzima responsable de esta fijación es la
nitrogenasa. Los microorganismos que fijan
nitrógeno tienen esta enzima y la presencia de
hidrógeno impide que sea asimilado. Como se sabe dicha
enzima actúa sobre el hidrógeno y lo hace
reaccionar con varios compuestos los cuales resultan reducidos.
También el óxido nitroso impide la fijación.
En el esquema se muestran las reacciones de este
proceso.

BIOQUIMICA DE LA FIJACION
ASIMBIOTICA

La fijación simbiótica del
dinitrógeno atmosférico. Microorganismos
participantes.

Una simbiosis se produce cuando dos organismo viven
juntos y ambos se benefician. Este es el caso de la unión
de las bacterias del género Rhizobium (microsimbionte) con
plantas de la familia de las fabáceas (macrosimbionte).
Estas bacterias se desarrollan en nódulos producidos en
las raíces de las plantas para su
nutrición.

Entre los distintos sistemas biológicos que son
capaces de fijar N2, la simbiosis Rhizobium-Leguminosas
contribuye con la mayor cantidad de nitrógeno al
ecosistema y a la producción de alimentos. Se calcula que
la fijación de dinitrógeno por las plantas
leguminosas alcanza 20% de la cantidad total fijada anualmente
sobre el planeta, con valores similares a los de la
producción mundial de fertilizantes nitrogenados
(Martínez, 1986).

Los macrosimbiontes: Las fabáceas, conocidas
anteriormente como leguminosas, nombre muy común en la
literatura mundial, hoy se les clasifica como:

• División: Spermatophyta

• Subdivisión: Magnoliophytina

• Clase: Magnoliatae

• Orden: Fabales

• Familia: Fabaceae

Desde muchos siglos atrás se sabe, que las
plantas leguminosas poseen propiedades especiales, las cuales
posibilitan el mejoramiento de la fertilidad de los suelos. Esto
fue base en la práctica antigua, de la rotación de
leguminosas con plantas no leguminosas y la utilización
del cultivo intercalado e intercosecha entre leguminosas y no
leguminosas, con vistas a incrementar la productividad de los
cultivos (Burris, 1982; Saniel, 1982; Cubero, 1983 y
otros)

Las plantas leguminosas tienen grandes posibilidades de
adaptación, lo cual les permite cultivarse en la
mayoría de las zonas climáticas del mundo, pero tal
capacidad adaptativa de cada tipo y variedad es muy limitada
(Sinha, 1978).

El frijol (Phaseolus vulgaris, L) sufre muchísimo
las épocas de sequías, fundamentalmente cuando
coincide la floración y el desarrollo de los frutos
(Guiurova, 1960). Tales condiciones provocan la caída de
flores, frutos y vainas jóvenes, achaparramiento y madurez
prematura, fundamentalmente cuando el aire seco está
acompañado de altas temperaturas y combinado con fuertes
vientos (Guiurova, 1960; Koinov, 1973; López,
1984).

El frijol es mucho más exigente al suelo que
otras leguminosas de grano. Exige suelos ligeros, permeables y
con aguas freáticas profundas; pero que sean ricos en
sustancias nutritivas. Su desarrollo óptimo lo alcanza a
pH neutro o ligeramente alcalino, siéndole desfavorable
los suelos ácidos y salinos (Koinov, 1973).

Los microsimbiontes: Son en este caso las bacterias del
género Rhizobium, que entran en simbiosis con las
leguminosas para producir la fijación.

Rhizobium es un género Gram-, esporógeno y
cuyas especies móviles tienen forma de bastoncillos. Este
género, según el Bergey's manual of determinative
bacteriology, 1974 pertenece dentro de la Parte 7 a la Familia
III: Rhizobiaceae. En realidad estas bacterias son muy similares
en su morfología y fisiología a Agrobacterium
radiobacter y sólo se diferencian en la facilidad que
tiene Rhizobium para formar nódulos en las
leguminosas.

Otra característica de las bacterias del
género Rhizobium es la de presentar un marcado
polimorfismo. Por ejemplo, cuando se encuentran en los
nódulos, estas bacterias pueden tener forma de varilla, X,
Y, T o pueden ser ramificadas. Estas formas reciben el nombre de
bacteroides y se logran artificialmente añadiendo
alcaloides a los medios de cultivo.

Durante la mayor parte de su existencia, los rizobios
sobreviven en el suelo como bacterias sin asociarse: en ausencia
de una leguminosa huésped, no sólo sobreviven sino
que incluso crecen, y cuando la raíz de una leguminosa
apropiada se interpone en el medio de los rizobios se produce un
fenómeno notable: el reconocimiento mutuo de dos asociados
compatibles. La raíz de la leguminosa reconoce, entre
todas las otras bacterias, incluidos los demás rizobios
vecinos, el tipo de rizobio idóneo, y el rizobio reconoce,
a su vez, entre todas las demás raíces que puedan
encontrarse en las proximidades, el tipo más idóneo
de raíz leguminosa (Schmidt, 1978).

En la fijación simbiótica, algunos tipos
microbianos, fundamentalmente del género Rhizobium poseen
la capacidad de utilizar el nitrógeno atmosférico;
estos microorganismos están obligados a establecer
asociación simbiótica con las plantas leguminosas
(Becking, 1971; Dinchev, 1972; Bartholomew, 1972; Dobereiner,
1977; Herrera, 1983 y otros).

El género Rhizobium –que se incluye en la
familia Rhizobiaceae– está constituido por seis
especies, las cuales han recibido sus nombres sobre la base
de especies vegetales que las alojan con frecuencia, quedando
fuera un gran número de cepas que mantienen relaciones con
una amplia variedad de especies vegetales hospedantes, las cuales
se han agrupado en las misceláneas cowpea y
lotus (Hamdi, 1985, Martínez, 1986) y que algunos
autores denominan grupo 7 que incluye el Rhizobium sp,
quien puede asociarse a leguminosas como Vigna, maní y
otras especies de Phaseolus.

Otro aspecto a señalar sobre ambos simbiontes es
lo siguiente: la transferencia genética dentro del
género Rhizobium, que según Schwinghamer (1977)
examinó varios informes relativos a pruebas de
transformación, transducción, conjugación y
transferencia de plásmidos dentro del género
Rhizobium.

Por otro lado dentro de las leguminosas, existen grupos
de inoculación cruzada, que son los grupos de leguminosas
que pueden intercambiarse mutuamente: en la actualidad se conocen
siete de estos grupos (Hamdi, 1985).

Ecología de la fijación
simbiótica:

Si tenemos en cuenta que este proceso es llevado a cabo
por dos organismos, los factores ambientales deben favorecer pues
a ambos simbiontes, para que se logre una fijación
efectiva.

Numerosos autores como Dinchev (1972), Bartholomew
(1972) y otros, plantean que las condiciones óptimas para
que se lleve a cabo este proceso son: buen desarrollo del sistema
radical de la planta; así como fertilidad, humedad y buena
aireación en el suelo. Además de eso, es necesario
un adecuado suministro de P, K y algunos microelementos como Mo,
Co, B; pH favorable y temperatura óptima del
suelo.

Por su parte Bartholomew (1972) señala otro
factor importante en la simbiosis relacionado con el desarrollo
de la planta hospedante, ya que un buen desarrollo de
ésta, puede aportar mayor nitrógeno en
comparación con otra planta con pobre desarrollo. Este
propio autor plantea, que tanto para los procesos
simbióticos como no simbióticos, es importante
tener en cuenta que la fijación es desfavorecida o
impedida por cantidades efectivas de nitrógeno mineral
asimilable en el suelo. El llama la atención, que
cuanto mayor es el nivel de nitrógeno en el suelo, tanto
menor será la cantidad de nitrógeno fijada
biológicamente.

Se ha podido comprobar según Hamdi (1985), que el
Fe es esencial para los rizobios, y son también
beneficiosas las sales, en bajas concentraciones.

Vincent (1977), señala la necesidad del Ca y Mg
en concentraciones totales de 0.5 µmoles, valores inferores
a 0.025 µmoles Ca y 0.1 µmoles Mg son
perniciosos.

Los rizobios necesitan también Zn y Mn pero en
bajas concentraciones (0.1 – 1.0 µmoles).

Este género es aerobio y según Graham
(1963), en ensayos realizados ningún rizobio creció
en anaerobiosis, aunque con menos de 0.01 atm de O2 se obtuvieron
crecimientos excelentes.

Con respecto al pH, Hamdi (1985) señala que en
general todos los rizobios crecen en un pH comprendido entre 5.5
y 7.5. Su tolerancia a la acidez es por orden decreciente: (R.
lupino, R japonicum, R spp) > (R. leguminosarum, R.
trifolii, R. Phaseoli) > (R. Meliloti). Su tolerancia a
la alcalinidad es en el orden inverso.

Continúa planteando este autor, que según
los datos disponibles, los rizobios crecen a temperaturas de 0 –
50º C, con un óptimo entre 20 – 28º C,
aproximadamente.

Allison y Ludwig (1934), Virtanen (1947), Waskman
(1963), Sypniewska (1968), Raju y Varma (1984) y otros; coinciden
en plantear, que la presencia de nitrógeno asimilable en
el suelo, disminuye el número y dimensiones de los
nódulos radicales.

En la mayoría de las investigaciones ya
está establecido, que la inoculación con razas
efectivas de Rhizobium contribuye al incremento de los
rendimientos en las plantas leguminosas, gracias al resultado de
la nodulación así como también por la
utilidad de la fijación del nitrógeno (Patil y
Medhane, 1974).

Bioquímica de la fijación
simbiótica:

Los nódulos de leguminosas que fijan activamente
el nitrógeno, son reconocidos por el color rojo
escarlata que les suministra una sustancia que contiene Fe
denominada Leghemoglobina, cuyo grado de efectividad
está en relación con la cantidad que de ella exista
en los tejidos celulares.

No se conoce muy bien el papel de ese pigmento en la
fijación, aunque se sabe que es reducido por el
hidrógeno y oxidado por el nitrógeno.

La vía considerada para explicar esta
fijación, es que ocurre mediante la formación de
ácido glutámico a partir del
nitrógeno molecular, con el amonio como producto
intermedio.

Significación agroeconómica de la
fijación biológica del dinitrogeno
atmosférico en la biosfera.

Este es un aspecto que puede ampliarse bastante, sin
embargo nos limitaremos a algunas citas
bibliográficas.

Sabido es, que las plantas leguminosas en simbiosis con
bacterias nodulares, así como algunos microorganismos de
vida libre y algas verdes–azules se nutren del
nitrógeno del aire. Ellas pueden incrementar el contenido
de nitrógeno en el suelo y contribuir al incremento del
rendimiento a los cultivos subsiguientes (Sokolov,
1957).

Según Bartholomew (1972), los procesos
biológicos para la fijación del nitrógeno,
han sido grandes proveedores de enormes cantidades de
nitrógeno para garantizar la producción de los
cultivos agrícolas en todo el mundo. Señala
además este autor, que la cantidad de nitrógeno
fijado sobre una hectárea, varía de algunos Kg/ha
en los cultivos leguminosos, hasta 300 – 500 Kg / ha con
altos rendimientos en el cultivo de la soya.

Dobereiner (1977) plantea, que la utilización de
fertilizantes minerales como suministrador de nitrógeno a
los cultivos, provoca algunas limitaciones, como por ejemplo su
alto precio, ante todo, en los países subdesarrollados, en
los cuales es necesario importarlos del exterior, o procurarse
combustible para su producción, así como el riesgo
de contaminación ambiental, sobre todo en las regiones
tropicales. Asevera este autor, que la utilización de los
sistemas biológicos disminuye los costos, la
acumulación de nitrógeno en forma mineral es menor
y las plantas lo asimilan rápidamente.

La amonificación o mineralización.
Microorganismos participantes.

Constituye dentro del ciclo biológico del
nitrógeno una fase importantísima, pues como
resultado de la acción biodegradativa de diferentes tipos
microbianos, el nitrógeno orgánico; ya sea de
origen animal, vegetal o microbiano e incluso compuestos
sintéticos producidos químicamente por el hombre,
son liberados en forma inorgánica amoniacal, el cual puede
satisfacer parte de la demanda nutricional de la planta, que como
sabemos tiene nutrición autotrófica.

La mineralización comprende reacciones
hidrolíticas en las cuales por acción de las
enzimas, se forman compuestos micromoleculares sobre los que
actúan posteriormente los microorganismos. El proceso, al
igual que el de la descomposición de la materia
orgánica no nitrogenada, comienza con la hidrólisis
de las sustancias macromoleculares seguida de la
descomposición de los productos hidrolíticos
–principalmente los aminoácidos- lo que da lugar a
la amonificación. De acuerdo con las condiciones del
medio, los productos finales de la descomposición
comprenden –cuando la descomposición es
aerobia– amoniaco, anhídrido carbónico, agua,
sulfato y ácido sulfúrico, y cuando esta es
anaerobia; amoniaco, agua, anhídrido carbónico,
mercaptanos, indol y escatol.

No resultaría fácil aludir la
amonificación o mineralización de todos los
compuestos orgánicos nitrogenados, por eso, haremos
hincapié en dos de ellos: las proteínas, componente
principal de la materia orgánica y la urea, este
último fertilizante nitrogenado orgánico
sintético, que aún tiene uso en la agricultura
mundial y cubana.

Descomposición de las
proteínas.

La descomposición microbiana de las
proteínas, es uno de los procesos microbiológicos
de mayor importancia en la naturaleza. Esta descomposición
hidrolíticamente se realiza por pasos hasta llegar al
estado de aminoácidos, unidad estructural de las
proteínas:

En cada uno de los pasos del proceso biodegradativo,
participan enzimas diferentes, del tipo exoenzimas
hidrolíticas, denominadas de manera general como
proteolíticas.

En la materia orgánica pueden existir varias
clases de proteínas, algunas de las cuales son más
resistentes a la hidrólisis que otras, lo que hace que la
proteólisis sea un fenómeno bastante complejo,
complicándose aún más por el hecho de estar
también las proteínas combinadas con otros
compuestos tales como lipoproteínas, glucoproteínas
y nucleoproteínas.

Todos estos compuestos requieren enzimas diferentes para
su descomposición. Los microorganismos participantes en la
descomposición son bacterias, hongos y actinomicetos.
Aunque los actinomicetos desempeñan un gran papel en la
amonificación del producto nitrogenado del humus, en
sentido general se estima que en el suelo no pueden competir con
los hongos ni con las bacterias como mineralizadores, a causa de
su lento crecimiento.

Entre las bacterias tenemos: Bacillus, Bacterium,
Pseudomonas, Proteus.

Los hongos más frecuentes son: Trichoderma,
Penicillium, Mucor, Aspergillus, Alternaria,
Cladosporium.

Después de la hidrólisis inicial, los
aminoácidos son desaminados, según los esquemas
siguientes:

Como puede apreciarse, los aminoácidos son
reducidos a algunos derivados dependiendo del organismo y las
condiciones de descomposición. Las enzimas que participan
en estas reacciones son endoenzimas. El principal producto
de la descomposición de los aminoácidos es el
amoníaco, que posteriormente puede ser empleado por
las plantas y por los microorganismos, o ser adsorbido a los
coloides, u oxidado a nitrato, e incluso ser lavado de los
suelos.

Descomposición de la urea.

Este compuesto nitrogenado orgánico puede ser
empleado tanto para la nutrición animal como la
fertilización de los suelos. Otros por su parte malgastan
este producto en el enfriamiento de cervezas y refrescos o lo
emplean impunemente para el desarrollo exuberante de hortalizas
de hoja.

Además de fertilizante, también puede
llegar al suelo en los productos de excreción de los
animales y por la destrucción de las bases nitrogenadas
contenidas en los ácidos nucleicos.

La urea cuando se añade al suelo es hidrolizada
rápidamente. La transformación es un proceso
aerobio, sin embargo, puede ocurrir también en condiciones
anaerobias ya que la ureasa (exoenzima) puede retenerse en
los suelos. Por otra parte, la flora no específica que
sintetiza también la enzima y que comprende bacterias,
hongos y actinomicetos puede, como en el caso de Pseudomonas
fluorescens –anaerobio facultativo-, llevar a cabo, aunque
débilmente, el proceso en condiciones
anaerobias.

Sin embargo, existen géneros llamados
ureolíticos no sólo por su capacidad de
hidrolizar la urea, sino por resistir altas concentraciones de
ésta y además soportar un medio fuertemente
alcalino. Estas verdaderas bacterias ureolíticas
están ampliamente diseminadas en la naturaleza, aunque son
afectadas por la acidez y por lo tanto no son frecuentes en
suelos de pH inferior a 5.5. Abundan en los suelos
húmedos, en el estiércol y en las aguas de desecho
de las ciudades. Las especies más frecuentes son:
Micrococcus ureau, Sarcina ureau, Bacillus pasteurii, Bacillus
freudenreichii.

La descomposición de la urea se lleva a cabo en
dos etapas:

Ecología de la
amonificación:

Los factores ecológicos que tienen influencia en
este proceso son:

Humedad y aireación: El proceso, aunque puede
llevarse acabo en condiciones aerobias y anaeróbicas; no
obstante valores de humedad entre el 65 – 85% CC que
posibilite adecuado balance aire – agua en el suelo,
favorecen la amonificación.

Reacción del suelo o pH: Ejerce influencia
sensible en este proceso, pues puede determinar sobre el tipo de
microorganismo actuante y dentro de estos en su intensidad. A pH
7 se favorece.

Relación C/N: Es la relación que existe
entre el carbono total y el nitrógeno total presente en el
suelo, en un sustrato o en un microorganismo.

Cuando un sustrato orgánico llega al suelo, los
microorganismos heterótrofos comienzan a descomponerlo y a
utilizar el C y N contenido en él para su
nutrición; como consecuencia de ello la población
se incrementa, aumentando así la demanda de ambos
nutrientes.

Si la relación C/N = 33/1 los
microorganismos utilizarán el N para sus necesidades
"Inmovilizándolo" en el interior de sus células, no
permitiendo liberación al medio de amonio y por ende los
otros consumidores de N como son las plantas, se ven privadas de
tan importante nutriente. Es decir, ocurre una
inmovilización biológica.

Cuando la relación C/N está entre 33/1 y
25/1 se establece un equilibrio entre el N consumido y el
liberado.

Si la relación C/N < 25/1 ocurre una
franca mineralización, o sea, el N orgánico
está siendo transformado o incorporado al medio en forma
de N mineral.

Tipo de material nitrogenado: Evidentemente en
dependencia de la complejidad del compuesto nitrogenado,
así será la velocidad del proceso de
mineralización.

Es importante destacar que en los países
tropicales y subtropicales como el nuestro a diferencia de los
países de zonas templadas, existe una alta
mineralización de la materia orgánica y en virtud
la relación C/N es baja, oscilando en valores de 10/1
– 15/1; lo cual justifica la necesidad de la
fertilización orgánica o la incorporación de
materiales orgánicos que enriquezcan el suelo y mantengan
su potencial agroproductivo.

Inmovilización biológica del
nitrógeno:

Es el proceso mediante el cual los microorganismos
incorporan el nitrógeno al protoplasma celular con fines
plásticos.

Como ya apuntamos, este proceso se ve favorecido cuando
en el suelo existe una alta relación C/N.

En las sustancias alimenticias que utilizan para su
desarrollo, los microorganismos activos en la
descomposición de la materia orgánica necesitan
compuestos orgánicos como fuente de carbono, y compuestos
orgánicos nitrogenados, nitratos o sales amónicas,
como fuentes de nitrógeno. Además requieren agua,
fosfatos, sulfatos, cloruros; así como vestigios de otros
elementos.

Si la materia orgánica que los microorganismos
descomponen contiene más del 1.7 % de N la cantidad
de este elemento es suficiente para servir como alimento para su
desarrollo; si la proporción es menor, la cantidad
de nitrógeno no es suficiente para satisfacer las
necesidades de las células. En estas condiciones, los
microorganismos deben utilizar las sales amónicas y los
nitratos que existen en el suelo para obtener el nitrógeno
que necesitan, inmovilizándolo.

No obstante, las células de los microorganismos
viven relativamente poco tiempo, y después de su muerte,
los compuestos nitrogenados que contienen son transformados por
otros microorganismos. La capacidad de los microorganismos para
fijar cantidades considerables de nitratos y sales
amónicas a sus células puede tener importancia
práctica, pues puede privar a las plantas de los
mismos.

La nitrificación. Microorganismos
participantes.

La nitrificación es el proceso de
transformación biológica mediante el cual el
amoníaco o las sales amoniacales, son transformados en
nitratos con la producción intermedia de nitritos. Este
proceso se realiza según el esquema general
siguiente:

La fase I es más lenta que la fase II,
razón por la que no se acumulan nitritos en el suelo, lo
cual es conveniente, dada la toxicidad del anión
NO2-.

Entre los microorganismos participantes se
tienen:

Fase I: Nitrosomonas, Nitrosococcus, Nitrosospira,
Nitrosocystis, Nitrosoglea.

Fase II: Nitrobacter, Nitrocystis.

Estas bacterias según el Bergey's manual of
determinative bacteriology, 1974 se agrupan en la Parte
7.

De estos géneros sólo Nitrosomonas y
Nitrobacter se encuentran con frecuencia y los don son los
mayores nitrificantes autotróficos. Del primero, dos
especies son reconocidas: Nitrosomonas europea y Nitrosomonas
monocella. Las especies de Nitrobacter son N. winogradsky y N.
agilis.

Todas las bacterias autótrofas nitrificantes
obtienen el carbono del CO2; el N que necesitan para fines
sintéticos lo obtiene del amoníaco (Nitrosomonas y
Nitrosococcus) o del ácido nitroso (Nitrobacter) y los
demás elementos nutritivos necesarios para fines
sintéticos los obtienen de sustancias inorgánicas.
Las reacciones de oxidación que producen estas bacterias
son su única fuente de energía. Los ácidos
nitroso y nítrico formados, reaccionan con las bases y
ciertas sales del suelo para formar nitritos y nitratos,
respectivamente.

Ecología de la
nitrificación:

El conocimiento de las condiciones que afectan las
actividades y desarrollo de las bacterias nitrificantes, y por
consiguiente, la formación de nitratos a partir de sales
amónicas, es de gran interés para la
agricultura.

Influencia del pH: El pH óptimo del suelo para la
respiración y desarrollo de Nitrosomonas, Nitrosococcus y
Nitrobacter es 6.5 – 8. Estas bacterias pueden respirar,
lentamente, en los suelos ácidos hasta pH 3.5 y en los
alcalinos, hasta un pH 10 pero su máxima
respiración y desarrollo tienen efecto en medios casi
neutros; la diferencia en índice de nitrificación
puede ser atribuida a razas adaptadas a diversos niveles de
acidez.

Sustancias amortiguadoras o tampón: En ausencia
de ellas, los productos ácidos derivados de la
nitrificación provocan rápidamente la
acidificación del suelo, en grado tal, que se inhiben la
respiración y el desarrollo de las bacterias
nitrificantes.

La nitrificación se realiza mejor en suelos que
contienen abundantes sustancias amortiguadoras, las que resisten
un cambio en la concentración de iones hidrógeno
provocado por los ácidos nitroso y
nítrico.

Humedad: Los valores óptimos deben estar entre 65
– 85 % CC, por encima o por debajo de estos límites
resultan perniciosos.

Oxígeno libre: Su presencia las favorece, pues
son aeróbicas. La ausencia de éste inhibe su
desarrollo.

Sales amónicas: Su presencia estimula el proceso,
pues constituyen su sustrato inicial. Sin embargo, una fuerte
concentración de iones amonio tiene acción
inhibidora sobre Nitrobacter, principalmente en cultivos de
laboratorio.

Temperatura: La óptima está entre 30 –
35º C pudiendo variar este rango de acuerdo con las razas
existentes, a < 10º C y > 40º C el
proceso se hace muy lento.

Materia orgánica: En condiciones de laboratorio,
el proceso se ve perjudicado por la presencia de pequeñas
cantidades de materia orgánica soluble y es aceptado,
generalmente, que esto suceda así. Sin embargo, en
condiciones de campo, la adición de materiales
orgánicos tiene un efecto beneficioso.

Lo anterior puede explicarse al considerar que en
condiciones de laboratorio sea dañino, por tratarse de un
sistema limitado en las interacciones mutuas, lo que no sucede en
el suelo, que un sistema abierto, donde este tipo de materia es
oxidado rápidamente por los microorganismos
heterótrofos, beneficiándose en este caso los
nitrificantes al aumentar la amonificación.

Concepciones modernas sobre el proceso de la
nitrificación:

Como se sabe constituyen los nitratos la forma principal
de absorción del nitrógeno por las plantas, esto
hace presuponer que si el proceso se intensifica, pudiera
mejorarse la nutrición autotrófica de la planta y
en virtud incrementarse los rendimientos agrícolas. Sin
embargo, debemos analizar los inconvenientes que este proceso
entraña.

Los nitratos dado su solubilidad, son fácilmente
lixiviables en los suelos. Esto puede dar lugar a que escaseen y
además al incorporarse a las aguas freáticas,
acumularse y luego resultar tóxicos a la salud humana al
ser consumidas por el hombre, las plantas y animales que
allí subsistan.

Los nitratos pueden además reducirse totalmente
hasta nitrógeno molecular que escapa a la
atmósfera, o sufrir una reducción parcial y
transformarse en NO2- que son tóxicos a los vegetales,
animales y el hombre o convertirse en NH3+ que también
escapa a la atmósfera. Todo esto empobrece el suelo en
nitrógeno.

Por lo antes expuesto hoy en día en la
agricultura moderna, se habla de la inhibición de la
nitrificación, mediante sustancias químicas
sintetizadas por el hombre en laboratorios científicos,
con vistas a eliminar los aspectos desfavorables de este
importante proceso dentro del ciclo biológico del
nitrógeno.

Algunos trabajos importantes sobre el empleo de
inhibidores de la nitrificación han sido desarrollados en
Alemania, Bulgaria e incluso Cuba, pero los resultados aún
no han sido extendidos a gran escala.

La desnitrificación. Microorganismos
participantes.

En condiciones anaerobias, los nitratos pueden ser
reducidos por numerosas bacterias heterótrofas. Si los
productos de la reducción son nitritos y sales
amónicas el proceso se denomina REDUCCION DE LOS NITRATOS.
Si la reducción es completa y se forma nitrógeno
gaseoso u óxido nitroso (N2O), se llama DESNITRIFICACION.
La reducción de los nitratos y la desnitrificación
son el resultado de la respiración anaerobia que se
verifica en la oxidación – reducción
intermolecular.

Las bacterias heterótrofas, facultativas o
anaerobias; usan los nitratos como fuente de oxigeno y los
reducen en condiciones anaerobias para oxidar compuestos
oxidables como monosacáridos, glicerina, ácidos
grasos o aminoácidos. Las bacterias autótrofas,
facultativas o anaerobias, usan los nitratos como fuente de
oxigeno y en condiciones anaerobias los reducen para oxidar
elementos o compuestos simples.

El crecimiento de las bacterias participantes en estos
procesos no depende de la presencia de nitratos, ya que ellos
también son activos en la proteólisis, la
amonificación, y otras transformaciones. El número
de bacterias desnitrificantes puede sobrepasar el millón
en los suelos arables, pero esto no debe interpretarse en el
sentido de que pueda haber una gran desnitrificación. La
reducción de los nitratos puede ser resultado de la
acción de un sin número de géneros, pero la
desnitrificación está limitada a los géneros
Pseudomonas, Achromobacter, Bacillus y Micrococcus y a la especie
autótrofa Thiobacillus denitrificans.

Dentro de las ecuaciones generales de estos procesos se
tienen:

Ecología de la
desnitrificación:

Dentro de los factores que favorecen tanto la
desnitrificación como la reducción de los nitratos
se tienen:

Nitratos y materia oxidable del suelo: Como en su mayor
parte las bacterias anaerobias facultativas que hacen la
reducción de nitratos y la desnitrificación son
heterótrofas, la abundancia de materia orgánica
oxidable y de nitratos favorece estos procesos. La abundancia de
materia orgánica oxidable, no sólo proporciona
alimento energético a estas bacterias, sino que
también pueden contribuir a crear las condiciones
anaerobias necesarias.

Oxígeno: La ausencia de oxigeno libre favorece
ambos procesos y su presencia los inhibe o detiene
completamente.

Humedad: En los suelos inundados o anegados (100% CC) se
ven favorecidos ambos procesos, no así en suelos
relativamente secos donde rara vez ocurre.

pH del suelo: Algunas especies de bacterias pueden
producir la reducción de nitratos y la
desnitrificación en suelos de acidez hasta pH 2, otras son
activas en suelos alcalinos hasta pH 10, pero la mayoría
de ellas se desarrollan mejor a pH casi neutro.

Temperatura: Las bacterias de ambos procesos en su
mayoría son mesófilas, y por eso estos procesos se
realizan más rápidamente entre 15 y 45º
C.

Significación agroeconómica de las
transformaciones del nitrógeno en los
suelos.

Este es un aspecto del cual pudiera hablarse
muchísimo, pues se trata de reunir todo lo referido al
ciclo biológico del nitrógeno. Sin embargo,
sería interesante escuchar la opinión de algunos
estudiantes al respecto, como modo de corroborar si la
información brindada por el profesor ha sido asequible y
si ha existido o no apropiación de
conocimientos.

Preguntas de Comprobación (Ciclo del
Nitrógeno)

1.- Mencione cuatro procesos microbiológicos que
participan en el ciclo del nitrógeno.

2.- Cómo influye el pH del suelo en los procesos
de amonificación y nitrificación.

3.- Importancia de la asociación entre el
Rhizobium y leguminosas para la producción de granos como
alimento humano.

Tema III. Microbiología del
Suelo

Conferencia No. 3

El fósforo en
la naturaleza

Contenido:

• Transformaciones de los compuestos del
  fósforo en los suelos. Microorganismos participantes.
  Ecología. Transformaciones de los compuestos azufrados
  en los suelos. Microorganismos participantes.
  Ecología. Significación agronómica de
  ambos procesos.

• Las interacciones entre los microorganismos del
  suelo y las plantas superiores. La espermosfera y la
  filosfera. Microorganismos participantes. La Rizosfera. Sus
  componentes. Relaciones entre los microorganismos.
  Ecología. Las micorrizas. Tipos. Microorganismos
  participantes. Ecología. Significación
  agronómica de las interacciones microbianas y las
  plantas.

Objetivos: El estudiante debe saber:

• Las vías de transformación de los
  compuestos del fósforo y azufre en el
  suelo.

• Los factores ecológicos que influyen en la
  biodegradación de tales compuestos y su importancia
  agropecuaria.

• Las interacciones mutuas entre las plantas y
  microorganismos y la importancia agropecuaria de dichas
  relaciones.

• Los factores ecológicos que influyen en
  dichas interacciones y el papel de las micorrizas en la
  nutrición y protección de las
  plantas.

DESARROLLO DE LOS
CONTENIDOS

El fósforo en la naturaleza.

El fósforo se encuentra en la naturaleza
contenido en moléculas de muchos compuestos
orgánicos e inorgánicos, pudiendo ser incorporadas
al suelo a través de los restos de plantas,
microorganismos y animales; así como en forma de
fertilizantes.

Para algunos autores, los compuestos orgánicos
del fósforo pueden llegar a constituir entre el 50 y el
60% de la cantidad total del fósforo del suelo, mientras
que otros estiman cantidades superiores y comprendidas entre el
15 y el 80%.

Entre los compuestos orgánicos del fósforo
más abundantes en los restos vegetales, animales y
microbianos están la fitina, nucleoproteínas,
ácidos nucleicos, fosfolípidos y otros.

Las formas minerales del fósforo en los suelos
están representadas por las apatitas, hidroxiapatitas,
fluorapatitas y oxiapatitas; las que se encuentran formando parte
de la roca madre y se caracterizan por su gran
insolubilidad.

Un segundo grupo de fosfatos minerales lo constituyen
aquellos que se encuentran retenidos en la superficie de los
óxidos hidratados de hierro, aluminio y manganeso, que son
también poco solubles y asimilables.

Un tercer grupo de fosfatos minerales, algo más
solubles que las anteriores y que tienden a predominar en los
suelos neutros y alcalinos, lo constituyen los fosfatos
cálcicos en sus tres formas: fosfato monocálcico,
fosfato dicálcico y fosfato tricálcico. Los dos
primeros son medianamente solubles, mientras que el tercero tiene
gran insolubilidad y es de difícil asimilación por
plantas y microorganismos.

Un último grupo de fosfatos está
representado por los fosfatos de sodio, potasio y magnesio; los
cuales son muy solubles.

Las plantas absorben su fósforo casi
exclusivamente como iones fosfato inorgánicos,
probablemente solo como iones PO4H2- y posiblemente a causa de
esto es por lo que muchas plantas sufren deficiencia de fosfato
sobre suelos alcalinos, pues la proporción de iones
fosfato solubles en la forma PO4H2- llega a ser muy
pequeña si el pH sube por encima de 8.

CICLO DEL
FÓSFORO

Las plantas son relativamente poco eficaces para
utilizar los fosfatos del suelo en las condiciones normales de
cultivo, raramente absorben más del 20 al 30% de la
cantidad suministrada como fertilizante.

Transformaciones de los compuestos del fósforo
en los suelos. Microorganismos participantes.

Las transformaciones que sufre este elemento en el
suelo, las interconexiones entre las distintas formas o
fracciones en las que se encuentra el elemento, etc.; se conoce
tradicionalmente como ciclo del fósforo. Lo más
notable de este ciclo es, que solo el 1% ó menos del
fósforo del suelo es incorporado a la vegetación en
el período de cosecha.

Las transformaciones biológicas de los compuestos
del fósforo en los suelos pueden tener varios
orígenes y están determinadas por las condiciones
agrofísicas, agroquímicas y agrobiológicas
que incidan en el suelo en un momento dado.

En las transformaciones microbianas del fósforo
en los suelos se pueden diferenciar cuatro procesos
fundamentales:

• 1. Mineralización de compuestos
  orgánicos del fósforo.

• 2. Inmovilización
  biológica.

• 3. Procesos de oxidación y
  reducción.

• 4. Solubilización de fosfatos
  inorgánicos

Mineralización del fósforo
orgánico.

Este proceso en el suelo es similar a la
amonificación y sulfhidrización.

La mineralización es efectuada por una gran
diversidad de microorganismos que liberan formas solubles de
fósforo mediante procesos de hidrólisis
enzimático. La fitina es abundante en los tejidos
vegetales y los microorganismos del suelo son capaces de excretar
enzimas desfoforilantes, las que liberan glicerol y fosfatos a
partir de los glicerofosfatos; fenol y fosfatos a partir del
finilfosfato e inositol y fosfatos a partir de la fitina. La
ecuación de degradación de la fitina es:

Los ácidos nucleicos son también
degradados por vía biológica con liberación
de cuatro moléculas de ácido fosfórico,
cuatro de carbohidratos, dos de purinas y dos de
pirimidinas.

Microorganismos participantes:

• Bacterias: Bacillus micoydes, Bacillus
  subtilis y Proteus vulgaris; los cuales son capaces de
  mineralizar en medios de cultivo que contengan ácido
  nucleico y glucosa.

• Levaduras: Saccharomyces ellipsoideus,
  candida albicans y Hansenula anomala; que degradan los
  glicerofosfatos.

• Hongos: Aspergillus, Penicillium, Alternaria,
  Rhizopus.

• Actinomicetos: Streptomyces.

Con Bacillus meghaterium var fosfaticum se ha ensayado
la inoculación de las plantas para aumentarles el
suministro de fósforo

Ecología de la
mineralización.

Los factores ecológicos que influyen en este
proceso son los mismos que determinan la mineralización
del carbono, nitrógeno o azufre.

Entre estos factores se tienen:

• pH: El más favorable está entre
  6 y 7

• Temperatura: Valores entre 40 y 50°C
  favorecen el proceso.

• La vegetación: Su microflora
  rizosférica crea un microhábitat adecuado para
  el desarrollo de una microflora activa en el
  proceso.

• Humedad y aireación: En suelos que
  están sujetos a períodos alternados de
  anaerobiosis y aerobiosis, la mineralización del
  fósforo es grandemente estimulada.

Inmovilización
biológica: