El suelo es un sistema dinámico y desempeña un papel fundamental en la producción de alimentos, además de ser un sustrato donde crecen las plantas, es un sistema que permite una serie de funciones vitales, desde la descomposición de la materia orgánica hasta el ciclo de nutrientes.

Otro factor importante es la gran diversidad de microorganismos del suelo, conocida como microbiología del suelo, compuesta por diversas bacterias, hongos y protozoos. Comprender cómo funcionan estos microorganismos es fundamental para garantizar la sostenibilidad de los sistemas naturales y comprender los procesos que ocurren en los suelos.

¿Quiere saber más sobre la actividad de los microorganismos del suelo? ¡A continuación, se lo contaremos!

¿Cuál es la composición del suelo?

Los suelos están compuestos por componentes sólidos y espacios porosos, la parte sólida tiene un 46% de material de origen mineral y el otro 4% es materia orgánica. Los espacios porosos están ocupados por aire y agua, que varía de acuerdo con la humedad del suelo. Es decir, los suelos, en general, están compuestos por partículas minerales (arena, limo y arcilla), agua, aire y materia orgánica.

Imagen 1. Composición general del suelo.

La materia orgánica se encuentra en la capa más superficial del suelo, por lo que es también donde se encuentran los nutrientes y microorganismos, estando formada por residuos de plantas, animales y organismos del suelo.

En el suelo, los microorganismos vivos se denominan biomasa microbiana y son responsables de la descomposición de la materia orgánica, así como de varias reacciones más, de las que hablaremos más adelante. Un ejemplo es la mineralización, que ocurre cuando los microorganismos descomponen el material vegetal o animal, transformando los nutrientes que se encuentran en forma orgánica en forma mineral, una forma que las plantas pueden absorber.

Diversidad microbiana del suelo

La microbiota del suelo está formada por innumerables poblaciones de microorganismos, siendo los grupos más numerosos: bacterias, hongos y protozoos. Estos microorganismos tienen nichos y funciones específicas en los sistemas del suelo, las bacterias y los hongos son de gran importancia en las reacciones bioquímicas, siendo las bacterias las más abundantes.

La cantidad y diversidad de microorganismos en el suelo es bastante grande, a pesar de que sólo constituyen del 1 al 4% del carbono total, ocupando alrededor del 5% del espacio poroso del suelo. Sin embargo, solo una porción de los microorganismos se encuentran en estado vivo, esto se debe a que el suelo es un ambiente estresante para ellos, por lo que alrededor del 15 al 30% de las bacterias están vivas, mientras que en los hongos representa solo el 10%.

En la biomasa microbiana del suelo, las bacterias y los hongos representan el 90% de la actividad microbiana, siendo las bacterias las más abundantes y versátiles, desempeñando un papel importante en la degradación de los pesticidas. Las bacterias tienen una población de 106 a 109 organismos g-1 de suelo y los hongos representan de 104 a 106 g-1 de suelo.

El proceso de formación del suelo comienza con reacciones físicas y químicas, que provocan la erosión de las rocas hasta convertirlas en partículas finas. Sin embargo, al inicio del proceso, el carbono y el nitrógeno se encuentran en pequeñas cantidades en este suelo, siendo imprescindibles los microorganismos que realicen la fotosíntesis y fijen el nitrógeno.

El metabolismo de los microorganismos

Los microorganismos llevan a cabo dos procesos principales, que involucran una gran cantidad de reacciones bioquímicas complejas: la fotosíntesis y la descomposición, que son procesos que generan y/o consumen energía celular. Las reacciones de producción (reacciones catabólicas) o de aprovechamiento de energía (reacciones anabólicas) son llevadas a cabo por microorganismos que se encuentran en el suelo. Vea a continuación:

●      Reacciones catabólicas: son reguladas por enzimas que liberan energía y están ligadas a la descomposición de compuestos orgánicos complejos, transformándolos en compuestos simples. Son reacciones que utilizan agua (hidrolíticas) y producen energía.

●      Reacciones anabólicas: son reguladas por enzimas que requieren energía y están ligadas a la formación de moléculas orgánicas complejas, a partir de moléculas simples. Son reacciones que liberan agua y consumen energía.

Pero, ¿cuáles reacciones interfieren los microorganismos del suelo?

Carbono en el suelo: como indicadores de la calidad del suelo se utilizan el contenido de carbono, la materia orgánica, los índices de biomasa y la actividad enzimática. Los microorganismos influyen en la cantidad de carbono almacenado en el suelo y en su disponibilidad.

El proceso comienza con los residuos vegetales y animales en el suelo, luego la microbiota del suelo inicia el proceso de descomposición, con la ruptura de los compuestos orgánicos. Durante el proceso, los microorganismos consumen parte del carbono, obteniendo energía, y liberan dióxido de carbono a la atmósfera, con la respiración microbiana.

La formación de materia orgánica estable (materia orgánica humificada) también es responsabilidad de los microorganismos del suelo, este proceso se descompone más lentamente y permite la formación de un reservorio de carbono en el suelo. Otra función de los microorganismos es el ciclo del carbono entre el suelo y la atmósfera.

Nitrógeno en el suelo: el nitrógeno está disponible en el suelo en formas orgánicas e inorgánicas. Al ser la forma orgánica que se encuentra en la fracción proteica de la materia orgánica, es susceptible a la mineralización. En forma inorgánica se presenta en diferentes formas, tales como: amonio, nitrito, nitrato, etc.

La fijación biológica de nitrógeno es la principal forma de entrada de nitrógeno al suelo, algunas bacterias, como Rhizobium, fijan nitrógeno atmosférico y lo convierten en amoniaco (la forma que absorben las plantas), y viven en simbiosis con las raíces de plantas leguminosas, como soya, frijoles y guisantes.

Las bacterias nitrificantes (Nitrosomonas y Nitrobacter) convierten el amoníaco en nitritos y nitratos, es decir, transformándolos en formas de nitrógeno que son más fácilmente absorbidas por las plantas, este proceso se llama nitrificación. Otro proceso es la desnitrificación, que se produce cuando las bacterias convierten los nitratos del suelo en nitrógeno gaseoso (atmosférico), provocando la pérdida de nitrógeno del suelo a la atmósfera.

Imagen 2. Ciclo del nitrógeno.

Fósforo en el suelo: El fósforo es un elemento fundamental en la producción de ATP (energía), fotosíntesis, respiración de las plantas, es un elemento estabilizante y poco móvil en el suelo, encontrándose en forma orgánica (Po) y forma inorgánica (Pi).

En el proceso de mineralización, los microorganismos del suelo facilitan la liberación del fósforo presente en compuestos orgánicos complejos, como el fosfato orgánico, poniéndolo a disposición de las plantas en forma de fósforo soluble. Durante el proceso de movilización, las bacterias del género Bacillus y Pseudomonas producen ácidos orgánicos y enzimas que ayudan a solubilizar los fosfatos insolubles en el suelo, poniéndolos a disposición de las plantas.

Imagen 3. Ciclo del fósforo.

Azufre en el suelo: la mayor concentración de azufre se encuentra en el suelo, que puede presentarse en formas orgánicas e inorgánicas. Los microorganismos del suelo ayudan a liberar azufre de compuestos orgánicos complejos, como el sulfato orgánico y el sulfuro de hidrógeno, haciéndolo disponible en forma de sulfato soluble; este proceso se llama mineralización. 

Algunas especies de microorganismos del suelo tienen la capacidad de realizar procesos de oxidación y reducción del azufre, por ejemplo, las bacterias reductoras de sulfato pueden convertir el sulfato en sulfuro, mientras que las bacterias oxidantes del azufre pueden convertir el sulfato en sulfato. En el proceso de fijación, por ejemplo, las bacterias fijadoras de azufre del género Thiobacillus pueden fijar azufre de la atmósfera y convertirlo en formas utilizables por las plantas. En el proceso de desnitrificación, algunas bacterias pueden producir sulfuro de hidrógeno como subproducto de la reducción del nitrógeno.

Imagen 4. Ciclo del azufre en el suelo solo.

¿Sabe qué son las micorrizas?

Las micorrizas son una simbiosis entre los hongos y las raíces de las plantas, funcionan como una extensión de las raíces, permitiendo aumentar el área de exploración de las raíces y la absorción de nutrientes, promoviendo la resistencia a enfermedades y contribuye al ciclo de los nutrientes en el suelo. Esta interacción beneficia tanto a las plantas como a los microorganismos. 

Los hongos micorrízicos establecen una red de hifas alrededor de las raíces de las plantas, siendo este proceso el responsable de aumentar la capacidad de absorción de agua y nutrientes. A cambio, las plantas proporcionan carbono a los hongos micorrízicos en forma de carbohidratos y otros compuestos orgánicos.

Laboratorio de Microbiología de Suelos

Anteriormente vimos las diferentes reacciones que ocurren en el suelo y que requieren de microorganismos. La microbiota del suelo juega un papel crucial en la descomposición de la materia orgánica, el ciclo de nutrientes y el mantenimiento de la calidad del suelo. Sin embargo, para comprender en profundidad estos procesos es necesario realizar análisis de laboratorio, por lo que ahora hablaremos de los equipos utilizados en los laboratorios de microbiología del suelo.

Usted puede conocer un poco más sobre los análisis realizados en los textos: "Microbiología del suelo y su importancia para la sustentabilidad agrícola" y "Actividad enzimática: indicador biológico de la calidad del suelo".

Un laboratorio de microbiología de suelos necesita unos equipos básicos, que se describirán a continuación:

Microscopio: importante para identificar las características morfológicas de microorganismos. Puede ser:

●      Microscopio estereoscópico, conocidos como lupas, tienen una resolución menor en comparación con los microscopios ópticos. Sin embargo, son útiles para identificar cambios en los fenotipos de las raíces causados ​​por microorganismos, observar detalles de la morfología de colonias bacterianas y fúngicas en la placa y observar hongos micorrízicos.

●      Microscopio biológico binocular, se utiliza para aumentar el tamaño de las células y ayudar a contar e identificar los microorganismos.

Incubadoras:existen varios modelos que se pueden utilizar, dependiendo de la aplicación. En la microbiología del suelo, el crecimiento de microorganismos tendrá temperaturas variables, que van desde 0°C hasta alrededor de 60°C.

Incubadora Shaker: utilizado en el crecimiento de microorganismos que requieren agitación orbital y control de temperatura.

Baño María: pueden ser útiles para diversos fines dentro de un laboratorio de microbiología de suelos, y también pueden acoplarse a equipos que requieran refrigeración, optimizando su funcionamiento.

Centrífuga: se utiliza para separar fases de diferentes densidades en muestras.

Cámara de flujo laminar horizontal: se utiliza para capturar y retener partículas del aire durante la manipulación de muestras, evitando que se produzca contaminación del material. Se determinan como cámaras de flujo laminar debido a que existe una circulación de aire constante en el equipo.

Autoclave: se utiliza para esterilizar medios de cultivo y descartar muestras.

Estufas: se pueden utilizar diferentes estufas, según la aplicación deseada. Pudiendo ser:

●      Estufa de secado y esterilización, que se utilizan para secar cristalería y materiales en general.

●      Estufa bacteriológica, se utilizan en el proceso de crecimiento y multiplicación de microorganismos, medios de cultivo inoculados y seguimiento del crecimiento microbiano.

Espectrofotómetro digital UV/VIS: utilizado para el análisis de compuestos orgánicos e inorgánicos, estandarización del inóculo y evaluación de compuestos enzimáticos.

Bomba dosificadora de líquidos: para dispensar/dosificar líquidos, para medios de cultivo, llenar placas o tubos de Petri.

Dispensador automático: se utiliza en la preparación de muestras estándar, como bomba de nutrientes para agentes biológicos.

Dosificador de medio de cultivo:  se utiliza para dosificar automáticamente medio de cultivo en un carrusel.

Contador de colonias : recuento rápido de colonias bacterianas o fúngicas en placas de Petri.

Otros equipos que se pueden utilizar son: balanzas analíticas, bomba de vacío, placa de calentamiento, destilador de agua y ósmosis reversa. 

Consideraciones finales

Al final de este texto queda claro lo importantes que son los microorganismos del suelo y participan en reacciones complejas, fundamentales para el buen funcionamiento del suelo y de las plantas. Desempeñan papeles esenciales en la dinámica de interacción entre los diferentes elementos del suelo, además de ayudar a mantener la fertilidad y la calidad del suelo, y un laboratorio de microbiología del suelo bien equipado nos permite comprender mejor las interacciones entre el suelo y los microorganismos y las reacciones bioquímicas existentes en este entorno.

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Referências bibliográficas

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