Biodiversidade e Ambiente I - ULisboamaloucao/Aula 21BA.pdf · 2010-12-10 · Biodiversidade e...
Transcript of Biodiversidade e Ambiente I - ULisboamaloucao/Aula 21BA.pdf · 2010-12-10 · Biodiversidade e...
12-05Biodiversidade e Ambiente I 2005 - 2006
Biodiversidade e Ambiente I
Capt. VI. Interacção Planta-Microrganismos
12-05Biodiversidade e Ambiente I 2005 - 2006
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
12-05Biodiversidade e Ambiente I 2005 - 2006
Simbiose com Rhizobium
12-05Biodiversidade e Ambiente I 2005 - 2006
Reconhecimento eentrada
12-05Biodiversidade e Ambiente I 2005 - 2006
Reconhecimento eentrada
nodD
flavonóides infecção
Nif, fix
12-05Biodiversidade e Ambiente I 2005 - 2006
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
12-05Biodiversidade e Ambiente I 2005 - 2006
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
Reconhecimento eentrada
12-05Biodiversidade e Ambiente I 2005 - 2006
O nódulo
12-05Biodiversidade e Ambiente I 2005 - 2006
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
12-05Biodiversidade e Ambiente I 2005 - 2006
Sprent, J (2003). Nature 422: 672-673
Interacções bactéria/leguminosas
12-05Biodiversidade e Ambiente I 2005 - 2006
Membrana peri-bacteroide
Membranabacteroide
Transporteelectrónico
Tomada de H2
Funcionamento do
Bacteróide
Genes dasplantas
da planta
Para a planta
12-05Biodiversidade e Ambiente I 2005 - 2006
Membrana peri-bacteroide
Membranabacteroide
Transporteelectrónico
Tomada de H2
Genes dasplantas
da planta
Para a planta
Funcionamento do
Bacteróide
12-05Biodiversidade e Ambiente I 2005 - 2006
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
12-05Biodiversidade e Ambiente I 2005 - 2006
Lodwig et al. (2003). Nature 422: 722-726
Ciclo de aminoácidos e fixação de N2
12-05Biodiversidade e Ambiente I 2005 - 2006
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
12-05Biodiversidade e Ambiente I 2005 - 2006
Do campo ao laboratório
12-05Biodiversidade e Ambiente I 2005 - 2006
O Efeito das inoculações
12-05Biodiversidade e Ambiente I 2005 - 2006
12-05Biodiversidade e Ambiente I 2005 - 2006
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
12-05Biodiversidade e Ambiente I 2005 - 2006
Frankia e formação de nódulos
12-05Biodiversidade e Ambiente I 2005 - 2006
Nódulos de Frankia
12-05Biodiversidade e Ambiente I 2005 - 2006
Anatomia dosnódulos
12-05Biodiversidade e Ambiente I 2005 - 2006
Efeito da nodulação
12-05Biodiversidade e Ambiente I 2005 - 2006
Efeito de actinorrizas no ecossistema
12-05Biodiversidade e Ambiente I 2005 - 2006
Myrica faya Pinhal de Leiria
12-05Biodiversidade e Ambiente I 2005 - 2006
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.
12-05Biodiversidade e Ambiente I 2005 - 2006
Coriaria
12-05Biodiversidade e Ambiente I 2005 - 2006
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)
12-05Biodiversidade e Ambiente I 2005 - 2006
Casuarina
12-05Biodiversidade e Ambiente I 2005 - 2006
Eleagnus
12-05Biodiversidade e Ambiente I 2005 - 2006
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
12-05Biodiversidade e Ambiente I 2005 - 2006
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
12-05Biodiversidade e Ambiente I 2005 - 2006
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.
12-05Biodiversidade e Ambiente I 2005 - 2006
Tipos de Micorrizas
12-05Biodiversidade e Ambiente I 2005 - 2006
Distribuição do tipo demicorrizas
12-05Biodiversidade e Ambiente I 2005 - 2006
Arbuscular mycorrhizas (AM) are the most commonmycorrhizal type (80% of plant species)
12-05Biodiversidade e Ambiente I 2005 - 2006
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
12-05Biodiversidade e Ambiente I 2005 - 2006
Ectomicorriza
12-05Biodiversidade e Ambiente I 2005 - 2006
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
12-05Biodiversidade e Ambiente I 2005 - 2006
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
12-05Biodiversidade e Ambiente I 2005 - 2006
Efeito dadisponibilidadede nutrientes eda presença demicorrizas noinvestimentoda parte aérea
12-05Biodiversidade e Ambiente I 2005 - 2006
Efeito dadisponibilidadede nutrientes eda presença demicorrizas no
investimento daparte radicular
12-05Biodiversidade e Ambiente I 2005 - 2006
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+
Nutrient availability
Net
Pho
tosy
nthe
sis(µ
mol
CO
m s
)2
-2-1
Mic +
Mic -
Carob
12-05Biodiversidade e Ambiente I 2005 - 2006
0
2
4
6
8
10
12
Net
Ph
oto
syn
thes
is
N- N+
Nutrient availability
Mic +
Mic -(µ
mol
CO
m
s
)2
-2-1
14
Poplar
12-05Biodiversidade e Ambiente I 2005 - 2006
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
12-05Biodiversidade e Ambiente I 2005 - 2006
“Cheating”
12-05Biodiversidade e Ambiente I 2005 - 2006
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
12-05Biodiversidade e Ambiente I 2005 - 2006
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
12-05Biodiversidade e Ambiente I 2005 - 2006
PRODUÇÃO DE INÓCULO - AM
500 g solo natural
500 g areia esterilizada
Trap Cultures:
500 g areia esterilizada
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
500 g areia esterilizada
4 - 6 mesesCheck up: clearing
500 g areia com inóculo 500 g areia esterilizada
500 g areia esterilizada
A operação repete-se quantas vezes necessária
Inóculo para viveiro Inóculo seleccionado
12-05Biodiversidade e Ambiente I 2005 - 2006
Simbiose mutualista
12-05Biodiversidade e Ambiente I 2005 - 2006
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
12-05Biodiversidade e Ambiente I 2005 - 2006
Referências
• Biology of Plants - Raven• Plant Biology - Graham• Fundamentos em Ecologia - MA Martins-
Loução• PDFs da Nature colocados na pasta da
disciplina