Biodiversidade e Ambiente I - ULisboamaloucao/Aula 21BA.pdf · 2010-12-10 · Biodiversidade e Ambiente I 2005 - 2006 Figure 1 Nodule variety. a–c, The nodules formed by nitrogen-fixing

12-05Biodiversidade e Ambiente I 2005 - 2006

Biodiversidade e Ambiente I

Capt. VI. Interacção Planta-Microrganismos


Sumário• Rizosfera• O papel dos microrganismos na rizosfera: ciclos biogeoquímicos e

remediação• Bactérias solubilizadoras de fosfato• Bactérias rizosféricas• Bactérias fixadoras de azoto atmosférico• Associações simbióticas• Associações com cianobactérias e com Rhizobium• Actinorrizas• Micorrizas, tipos de micorrizas


Simbiose com Rhizobium


Reconhecimento eentrada



nodD

flavonóides infecção

Nif, fix


Região de crescimento activo do pelo radicularDirecção do controlo nuclear de novas sinteses

Ponto de infecção. Zona de hidrólise daparede do pêlo

Paragem de crescimento da parede do pêlo

Rhizobia penetra suficientemetne para estabelecercomunicção com o núcleo hospedeiro. Parederedireccionada do tip para o ponto de infecção

Domo com novo depósito de parede celularenrolamento não ocorre quando a infecção é

iniciada numa região onde não há crescimento

Nod signals

Reconhecimentoe entrada


Citoplasma pêlo radicular

Parede pêlo radicularPolisacarido extracelularFloc rhizobia

Domo com novo material

Hidrólise da parede

Crescimento do cordão deinfecção

Interface do cordão deinfecção e parede do pêlo

radicular

Parede do cordão deinfecção

Zona de hidrólise Nod factors



O nódulo


Figure 1 Nodule variety. a–c, The nodules formed by nitrogen-fixing bacteria come invarious forms, ranging from spherical, to branched and coralloid. The plants involved are, a,Centrosema angustifolium, a tropical forage legume; b, Chadsia grevei, a shrub fromMadagascar; and c, Enterolobium cyclocarpum, a Brazilian tree. d, Nodules usually form onroots but on some species, such as Aeschynomene sp. from Senegal, shown here, they occuron stems.Sprent, J (2003). Nature 422: 672-673

Tipos de nódulos


Sprent, J (2003). Nature 422: 672-673

Interacções bactéria/leguminosas


Membrana peri-bacteroide

Membranabacteroide

Transporteelectrónico

Tomada de H2

Funcionamento do

Bacteróide

Genes dasplantas

da planta

Para a planta


Membrana peri-bacteroide

Membranabacteroide

Transporteelectrónico

Tomada de H2

Genes dasplantas

da planta

Para a planta

Funcionamento do

Bacteróide


A assimilação de NH4+

glutamina

glutamato

2-oxoglutarato

glutamato

NH4+

2e-

Asparagina, aa

NAD(P)HFerredoxina

ATP

Glutaminasintetase

Glutamatosintase

2-oxoacidos

Transaminases

Bacteróide

GS - GOGAT

TCA

Xilema


Lodwig et al. (2003). Nature 422: 722-726

Ciclo de aminoácidos e fixação de N2


Géneros de Rhizobiaceae

Patogénico, vector de eng. GenéticaCrescimento rápido, ≈ AgrobacteriumSemelhante a Xanthobacter. SesbaniaGenes simbióticos em cromosomas. Produzem AlcalinosGenes simbióticos em cromosomas. Produzem ÁcidosGenes simbióticos em plasmídeos. Produzem ÁcidosGenes simbióticos em plasmídeos. Produzem Ácidos

5 +11(+)3+4+8+4+

AgrobacteriumAllorhizobiumAzorhizobiumBradyrhizobiumMesorhizobiumRhizobiumSinorhizobium

ComentáriosEspéciesGéneros


Do campo ao laboratório


O Efeito das inoculações



Simbioseactinorrízica(Frankia sp.)

Familia

Género

Betulaceae Casuarinaceae Myricaceae Coriariaceae Datiscaceae Elaeagnaceae Rhamnaceae Rosaceae

Alnus Allocasuarina Casuarina Ceuthostoma Gymnostoma Comptonia Myrica Coriaria Datisca Elaeagnus Hippophaë Shepherdia Ceanothus Colletia Discaria Kentrothamnus Retanilla Talguenea Trevoa Cercocarpus Chamaebatia Cowania Dryas Purshia


Frankia e formação de nódulos


Nódulos de Frankia


Anatomia dosnódulos


Efeito da nodulação


Efeito de actinorrizas no ecossistema


Myrica faya Pinhal de Leiria


S. Uemura (1971) Plant and Soil 349-360

154014.1017.2347.66.18PinusA

64903.173.4034.54.39PinusC

238010.56-4.53.50Myrica

28508.6910.3875.94.97PinusB

430011.67-4.94.40Myrica

ARVORES/Ha

PESOSECO

VOLUMETRONCOcm3x103

DIÁMETRO(cm)

ALTURA(m)ARVOREPARCELA

Efeito da associação de árvores de Myrica rubra com Pinus thunbergii aos 12 anos.


Coriaria


13401.688.00.080.5

5701.605.00.071

601.202.50.075

501.191.50.0610

Folhada deCoriaria (g m-2)

N nas folhas(%)

Altura do Pinus(m)

N do solo (%)Distancia deCoriaria (m)

Efeito da asociação de Coriaria arborea sobre o crescimento dePinus radiata (W.S. Silvester, 1976)


Casuarina


Eleagnus


Conceitos a reter• Rizosfera• Associações simbióticas• Cianobactérias• Fixação de azoto e nitrogenase• Mecanismos de controlo da nitrogenase• Eficiência da fixação de N• PGPRs - associações rizosféricas• Remediação e bioremediação• Papel das interacções planta microrganismo no ambiente• Assimilação de N e regulação da fixação


Referências

• Biology of Plants - Raven• Plant Biology - Graham• Sprent (2003) - Nature 422: 672 -673

• Lodwig (2003) - Nature 422: 722-726

• Fragmentos em Ecologia (2002). Ed. MA Martins-Loução


Micorrizas

• Micorrizas, tipos de micorrizas• O papel das micorrizas na adaptação morfológica e fisiológica das

plantas a diferentes condições de stress.• Micorrizar ou não micorrizar.• Processos biotecnológicos. Métodos de inoculação e micorrização.• Infectividade vs efectividade. Como se avalia em termos agrícolas e

naturais.• A resposta das plantas a infecções mutualistas ou parasíticas.

Compostos secundários.


Tipos de Micorrizas


Distribuição do tipo demicorrizas


Arbuscular mycorrhizas (AM) are the most commonmycorrhizal type (80% of plant species)


Ectomicorrizas

A. Micorriza de Tuber com PopulusnigraB. Micorriza de P. nigraC. Micorriza de Cenococcumgeophilum em Quercus ilexD. Micorriza de Lactarius sp com Q.ilexE-F Micorriza de P. nigra G. Micorriza de Russula com P. nigra


Ectomicorriza


Papel das micorrizas

Melhoram o

enraizamento

estabelecimento

das plantas

Aumentama

capacidadede tomada

dos iões

Facilitam areciclagem

dosnutrientes

Aumentama tolerânciadas plantasa condições

de stress

Melhoramas

proprie-

dades dosolo

Efeitos no ciclo do CEfeitos nascomunidade

s vegetais

Aumentama tolerância

depatogénicos


Interacção entre disponibilidadede nutrientes e micorrizas

Limitação em N ou P por parte da planta

Limitação em N ou P por parte do fungo

Limitação em C por parte do fungo

Disponibilidade de N ou P no solo

Crescimento Micorrizas


Efeito dadisponibilidadede nutrientes eda presença demicorrizas noinvestimentoda parte aérea


Efeito dadisponibilidadede nutrientes eda presença demicorrizas no

investimento daparte radicular


0

2

4

6

8

10

N- N+

(µm

ol C

O m

mol

H O

)W

ater

use

effi

cien

cy

Nutrient availability

22

Carob

Mic +

Mic -

02468

1012141618

N- N+


Net

Pho

tosy

nthe

sis(µ

mol

CO

m s

)2

-2-1

Mic +

Mic -

Carob


0

2

4

6

8

10

12

Net

Ph

oto

syn

thes

is

N- N+


Mic +

Mic -(µ

mol

CO

m

s

)2

-2-1

14

Poplar


2 4 6 8 10Distance from root apex (cm)

Net

in

flu

x r

ate

(µm

ol

g

FW

h

)-1

-1

NO - Myc

NH - Myc

3

4

-

+

Uptake Regions in Carob Roots


“Cheating”


Presence of limiting factors for plant

growth

Is soil inoculum potential high ?

Are the indigenous mycorrhizal fungi effective for plant

growth

Are the indigenous mycorrhizal fungi effective for plant

growth

Inoculation with AM does not

increase plant growth

Inoculation with effective AM may

increase plant growth

No Yes

The increment of indigenous AM

fungi may increase plant growth

Yes No

Yes No No Yes

STRATEGIES TO IMPROVE PLANT GROWTH


PRODUÇÃO DE INÓCULO - ECTOisolamento de esporos e

esterilização

cultura asséptica em meio sólido

isolamento das colónias

Suspensão de hifas - meio líquido

Mistura de meio líquido com substracto

Germinação das sementes no substracto

inoculado

trituração dos carpóforos

Aplicação por rega no substracto de germinação

1 ml :120ml perlite

3 semanas

3 semanas

homogeneizaç ão em água


PRODUÇÃO DE INÓCULO - AM

500 g solo natural

500 g areia esterilizada

Trap Cultures:


PsoraleaAnagalisAsterSorgo

4 - 6 meses Check up: clearing

Corta-se a parte aérea

1 mêsToda a parte radicular

fica a secar

Isolamento

Selecção do inóculoCulturas puras

200 g de areia esterilizada

+20-30 esporos do mesmo morfotipo

2 meses

Multiplicação de inóculo seleccionado

800 g de areia esterilizada

+200 g de areia

infectada

Produção de inóculo não seleccionado

500 g solo com inóculo 500 g areia esterilizada


4 - 6 mesesCheck up: clearing

500 g areia com inóculo 500 g areia esterilizada


A operação repete-se quantas vezes necessária

Inóculo para viveiro Inóculo seleccionado


Simbiose mutualista


Conceitos a reter• Micorrizas. Tipos de micorrizas• O papel das micorrizas na tomada de nutrientes. Alterações

morfológicas e fisiológicas.• As micorrizas em condições naturais. Infectividade vs

efectividade. O significado de “cheating”.• Como e quando inocular.• Os produtos secundários na resposta de defesa ou

interacção positiva com os microorganismos


Referências

• Biology of Plants - Raven• Plant Biology - Graham• Fundamentos em Ecologia - MA Martins-

Loução• PDFs da Nature colocados na pasta da

disciplina

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