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Olimpia Pepe » 10.Ruolo dei microrganismi nel suolo


Microrganismi e pedogenesi

Ruolo dei microrganismi nella pedogenesi

La colonizzazione da parte dei microrganismi (cianobatteri, alghe e batteri chemiolitotrofi, consorzi microbici con funghi nei licheni, con piante e animali) è graduale (Fig.1).

Nello stadio iniziale della pedogenesi i microrganismi partecipano alla disgregazione dei minerali tramite processi di:

  1. solubilizzazione e precipitazione (Fig. 1 e 2);
  2. reazioni di ossido-riduzione.

Mineralizzazione della sostanza organica:

  1. produzione di acidi organici e pH acidi;
  2. mobilità di Fe e Al.
Figura 1. Disgregazione dei minerali. Licheni invadono la mica (a). Precipitati di ossalati (b)

Figura 1. Disgregazione dei minerali. Licheni invadono la mica (a). Precipitati di ossalati (b)

Figura 2. Precipitati di ossalato di calcio intorno ad ife fungine.

Figura 2. Precipitati di ossalato di calcio intorno ad ife fungine.


Pedogenesi

Figura 3. Schema delle diverse attività, in cui sono coinvolti i microrganismi, che portano alla nascita del suolo

Figura 3. Schema delle diverse attività, in cui sono coinvolti i microrganismi, che portano alla nascita del suolo


Degradazione della sostanza organica

Attività microbica degradativa a carico della sostanza organica

Alla base delle attività del suolo c’è sempre una sorgente di sostanza organica sia che provenga da sovesci, strami, letame o altri residui organici o, ancora, humus originatosi dal suolo.

La sostanza organica di facile degradazione può essere rappresentata da composti quali glucosio, saccarosio, amido o cellulosa.

La sostanza organica di difficile degradazione, invece, è rappresentata da gusci di mandorle, corteccia di pino, torba e acidi umici del suolo (Tab. 1).

Tabella 1. Esempi di resistenza alla degradazione di alcuni composti organici

Tabella 1. Esempi di resistenza alla degradazione di alcuni composti organici


Gruppi nutrizionali di batteri

Le cellule microbiche necessitano di nutrienti per la loro crescita in modo da poter assolvere a tutte le loro funzioni cellulari attraverso la liberazione di energia e precursori metabolici.

I batteri hanno esigenze di nutrienti che sono utilizzati per:

1) la sintesi cellulare:

  • CO2, HCO3, composti organici;
  • N2, NH4, NO3, azoto organico;

2) come elementi minerali:

  • macroelementi: P, K, S, Ca, Mg, Fe,
  • microelementi: Mn, Zn, Co, Mo, Ni, Cu;

3) come sorgente di energia: composti organici, composti inorganici, luce;

4) accettori di elettroni: O2, composti organici, composti inorganici.

Gruppi nutrizionali di batteri

Sulla base delle loro esigenze nutrizionali (fonti di carbonio ed energia) i batteri possono essere suddivisi in:

  • eterotrofi che utilizzano una fonte organica di carbonio ed energia, cioè composti organici preformati ridotti;
  • autotrofi, utilizzano composti chimici inorganici come fonte di energia e la CO2 come fonte di carbonio. Alcuni autotrofi sono fotosintetici. Altri ricavano energia dall’ossidazione di molecole inorganiche (chemiotrofi).

Nella fototrofia, che utilizza come unica fonte energetica l’energia luminosa, la fonte di carbonio può essere organica (fotoeterotrofi) o inorganica (fotoautotrofi).

Nella chemiotrofia, la fonte di energia è rappresentata da un composto organico (energia chimica). In questo caso la fonte energetica può essere costituita da substrati inorganici ridotti (chemioautotrofi), o da sostanze organiche come fonte sia di carbonio che di energia (chemioeterotrofi) (Fig. 4).

Fig 4. Colonie microbiche, su substrati sintetici, rappresentative dei principali gruppi nutrizionali

Fig 4. Colonie microbiche, su substrati sintetici, rappresentative dei principali gruppi nutrizionali


Le comunità microbiche del suolo

Esistenza nel suolo di comunità microbiche costituite da gruppi differenti.

Presenza di gruppi ecofisiologici cioè gruppi microbici capaci di svolgere specifiche funzioni e attività metaboliche.

Gruppi ecofisiologici fanno parte della popolazione autoctona del suolo.

La microflora autoctona comprende le specie indigene sia batteriche che fungine sempre presenti nel suolo a un livello di attività bassa ma stazionaria (Fig. 5). Non crescono sugli ordinari mezzi di crescita.

I microrganismi zimogeni sono, invece, invasori alloctoni che si moltiplicano rapidamente ritornando, infine, al livello di partenza. Essi decompongono i resti organici freschi e sono coltivabili su mezzi artificiali (Fig. 5).

Figura 5. Dinamica dei gruppi ecofisiologici autoctoni e zimogeni del suolo

Figura 5. Dinamica dei gruppi ecofisiologici autoctoni e zimogeni del suolo


La microflora fungina

Inquadramento eco-fisiologico della microflora fungina nel suolo

La microflora fungina può essere considerata esoctona, cioè che invade il terreno e mal si adatta alla continua crescita saprofita, partecipa alla degradazione dei resti vegetali ma può anche comportarsi da parassita debole, poichè in grado di invadere tessuti vegetali moribondi o morti.

Inoltre, i funghi possono essere distinti in:

  • Sugar fungi (zimogeni ): caratterizzati da una rapida germinazione delle spore e da un tasso elevato di crescita miceliare che li mette in grado di utilizzare prontamente substrati effimeri. La loro rapida crescita determina un picco improvviso di attività seguito da un rapido declino.
  • Lignin fungi (autoctoni): agenti della degradazione delle strutture carboniliche più resistenti (lignine, cellulose native, humus ecc).
  • Questo porta a considerare gli sugar fungi come evoluti per la rapida utilizzazione di substrati transitori e i funghi della lignina selezionati per affermarsi in ambienti prevedibilmente stabili.

Microfiti e macrofiti

Le popolazione microbiche macrofite e microfite.

Le popolazioni microbiche zimogene e autoctone sono state meglio definite dal concetto di microrganismi macrofiti e microfiti.

I macrofiti (zimogeni) hanno bisogno per il loro sviluppo di alte concentrazioni di materiale organico e presentano un tasso elevato di moltiplicazione. Dopo l’esaurimento del substrato si trasformano in forme dormienti (microrganismi sporigeni). Essi esauriscono le fonti di C organico convertendole in humus. Nelle condizioni naturali, la presenza di microzone ricche di residui vegetali e animali determina un’esplosione di macrofiti.

I microfiti (autoctoni), hanno bisogno, invece, di tracce di materiale organico ed alcuni fissano la CO2 eterotroficamente. Dopo esaurimento delle fonti energetiche i microfiti si avvantaggiano nella crescita e le biomasse microbiche in lisi concorrono nell’equilibrio. Sono di difficile coltivazione nei comuni substrati di crescita.

Microrganismi a selezione r e K

La microflora zimogena e autoctona può essere distinta in base alle peculiari strategie competitive che utilizzano i fattori r e K.

Tali fattori sono:

  1. tasso di crescita;
  2. tolleranza ai fattori abiotici;
  3. tolleranza alle fluttuazioni ambientali;
  4. capacità di crescita a basse concentrazione dei nutrienti limitanti;
  5. efficienza di conversione dei nutrienti in costituenti cellulari;
  6. esigenza di fattori di crescita;
  7. capacità di accumulare sostanze di riserva;
  8. mobilità;
  9. produzione e resistenza agli antibiotici (Tab. 2).
Tabella 2. Strategia di selezione di popolazioni autoctone o zimogene in base ai fattori r e K

Tabella 2. Strategia di selezione di popolazioni autoctone o zimogene in base ai fattori r e K


I materiali di supporto della lezione

Appunti

Testi:

Perry et al., Cap. 5

Prescott et al., Zanichelli Editori, Cap. 5

Florenzano, Cap. 5

Le popolazioni microbiche

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