TALLER N°3 MICROBIOLOGÍA

TALLER N°3 MICROBIOLOGÍA

1. Que poblaciones microbianas se asocian con cada fase del ciclo biogeoquímico del nitrógeno? ¿Qué condiciones ambientales favorecen cada parte del ciclo?

El ciclo biogeoquímico del nitrógeno depende en gran medida de la actividad de los microorganismos. Prácticamente, todos los pasos críticos del ciclo del nitrógeno los llevan a cabo exclusivamente poblaciones microbianas. Dicho ciclo comprende varias fases las cuales son dirigidas por poblaciones microbianas determinadas que a su vez están sometidas a diferentes limitaciones ambientales. los diversos géneros de bacterias de vida libre que llevan a cabo la fijación , algunas están asociadas a la rizosfera, y géneros de bacterias que forman asociaciones mutualistas con plantas. Algunos actinomicetes también pueden fijar nitrógeno atmosférico; algunos de ellos viven libres en el suelo, y otros fijan el nitrógeno en asociación con determinadas plantas.        

El primer paso del ciclo es la fijación del nitrógeno, en este proceso bacterias y arqueas convierten el nitrógeno molecular a amonio. Por ejemplo algunas bacterias de vida libre, fijadoras de nitrógeno, son las especies de Azotobacter, las cuales son muy frecuentes en el suelo; pero cabe resaltar, que la tasa de fijación de nitrógeno de estas poblaciones generalmente es baja. Y en el caso de los ambientes acuáticos, las cianobacterias fotosintéticas son las principales fijadoras de nitrógeno.

En la fase de la amonificación, microorganismos heterótrofos convierten el nitrógeno orgánico en amonio.

La nitrificación es otra fase del ciclo del nitrógeno este es un proceso de dos etapas que llevan a cabo diferentes poblaciones de bacterias quimiolitotrofas: en la primera etapa, el amonio se convierte en nitrito, y éste en nitrato en una segunda reacción. Es importante decir que el género dominante que oxida amoníaco a nitrato es Nitrosomonas y el que oxida el nitrito a nitrato es Nitrobacter.

La siguiente fase corresponde a la desnitrificación, aquí el nitrato se convierte en nitrógeno molecular a causa de la reducción desasimilatoria del nitrato que realizan los heterótrofos que utilizan el nitrato como aceptor final de electrones durante la respiración anaeróbica. La desnitrificación se lleva a cabo en condiciones de estricta anaerobiosis o de una presión parcial de oxígeno reducida. Esta reacción causa el retorno del nitrógeno molecular a la atmosfera.

• Se dice que diferentes condiciones ambientales favorecen procesos específicos del ciclo del nitrógeno, por tanto la fijación del nitrógeno se da en los ambientes de superficie y en los que se encuentran inmediatamente por debajo. La nitrificación sólo sucede en ambientes aeróbicos. La desnitrificación predomina en suelos encharcados y en sedimentos acuáticos anóxicos.

2. Compare la fijación del nitrógeno en hábitat terrestres y acuáticos

La nitrogenasa es una enzima compleja de la cual depende la fijación del nitrógeno, esta a su vez es muy sensible al oxígeno, por lo que necesita una presión parcial muy baja de este elemento para poder desarrollar su actividad. De esta manera, al comparar la fijación del nitrógeno en hábitats terrestres y acuáticos es importante decir, que en los hábitats terrestres, la fijación de nitrógeno que llevan a cabo los rizobios representa la mayor contribución de nitrógeno combinado.

Además, la tasa de fijación de nitrógeno de los rizobios simbióticos suele ser 2 o 3 órdenes de magnitud superior a la tasa de fijación realizada precisamente por las bacterias fijadoras de nitrógeno de vida libre en el suelo, Azotobacter y Beijerinckia son dos géneros bien establecidos de bacterias libres del suelo fijadoras de nitrógeno, estas pueden fijar nitrógeno a la presión normal de oxígeno; protegen su nitrogenasa de la inactivación oxidativa por una combinación de compartimentación y de complejos mecanismos bioquímicos. Otros fijadores de nitrógeno de vida libre, como Azospirillum, fijan este elemento sólo si la presión de oxígeno es baja. Por su parte en hábitats  acuáticos, las cianobacterias son los principales microrganismos fijadores de nitrógeno. Algunos géneros de cianobacterias filamentosas, como Anabaena, Aphanizomenon, Nostoe, Gloeotrichia, Cylindrospermum, Calothrix, Scytonema y Tolypothrix, tienen heterocistes. Estos heterocistes son células de paredes gruesas, poco pigmentadas y a menudo de mayor tamaño, que se encuentran en intervalos más o menos regulares entre las células normales. El proceso de fijación del nitrógeno ocurre, ya que durante el proceso de diferenciación, los heterocistes pierden el fotosistema II generador de oxígeno, pero retienen el fotosistema I anoxigénico. Por tanto la fijación del nitrógeno se localiza precisamente en estos heterocistes.

Pero, en hábitat acuáticos algunas cianobacterias que no forman heterocistes, como Oscillatoria, Trichodesmium, Microcoleus y Lyngbya, también pueden fijar nitrógeno atmosférico la explicación para determinar exactamente cómo estas cianobacterias protegen su nitrogenasa de la inactivación por el oxígeno no es muy clara, pero se han identificado algunos mecanismos, por ejemplo algunas de estas cianobacterias muestran una separación temporal entre la actividad fotosintética y la actividad fijadora de nitrógeno. Durante las horas diurnas, se produce la fotosíntesis y el almacenado de fotosintato, y la fijación de nitrógeno es mínima o nula. Otras cianobacterias fijadoras de nitrógeno no heterocísticas, forman grupos o tapetes. En estos agregados, las células situadas en la parte exterior realizan la fotosíntesis, mientras que las células situadas en la parte interna, al encontrarse en una zona de baja presión de oxígeno, la actividad de la nitrogenasa se hace visible.

Finalmente, es importante decir que la tasa de fijación de nitrógeno en las cianobacterias suele ser uno o dos órdenes de magnitud superior a la tasa de fijación de las bacterias no fotosintéticas libres del suelo.

3.Como afectan los nitrificantes quimiolitotrofos a la calidad del agua subterránea? ¿Por qué es un problema el nitrato para las aguas potables?

Los nitrificantes quimiolitotrofos afectan a la calidad del agua subterránea en la medida, en estos transforman el amonio de los abonos en nitritos y nitratos demasiado rápido. Por tanto, estos aniones se lixivian fácilmente, y el abono se consume; lo cual provoca que al mismo tiempo, nitratos y nitritos se induzcan en aguas subterráneas. Generando así una situación preocupante, ya que la presencia de nitritos en las aguas subterráneas reaccionan químicamente con los compuestos amino formando así nitrosaminas, las cuales son altamente carcinogénicas. Además, la presencia de nitratos en las aguas subterráneas también constituye un riesgo para la salud.