Biodiversidade e Ambiente I

Transcrição

1 Biodiversidade e Ambiente I Capt. VI. Interacção Planta- Microrganismos

2 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

3 Simbiose com Rhizobium

4 Reconhecimento e entrada

5 Reconhecimento e entrada nodd Nif, fix flavonóides infecção

6 Reconhe cimento Região de crescimento activo do pelo radicular Direcção do controlo nuclear de novas sinteses e entrada Nod signals Ponto de infecção. Zona de hidrólise da parede do pêlo Paragem de crescimento da parede do pêlo Rhizobia penetra suficientemetne para estabelecer comunicção com o núcleo hospedeiro. Parede redireccionada do tip para o ponto de infecção Domo com novo depósito de parede celular enrolamento não ocorre quando a infecção é iniciada numa região onde não há crescimento

7 Citoplasma pêlo radicular Parede pêlo radicular Polisacarido extracelular Floc rhizobia Reconheci mento e entrada Zona de hidrólise Domo com novo material Nod factors Crescimento do cordão de infecção Parede do cordão de infecção Interface do cordão de infecção e parede do pêlo radicular Hidrólise da parede

8 O nódulo

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

10 Interacções bactéria/leguminosas Sprent, J (2003). Nature 422:

11 Funciona mento do Membrana peribacteroide Genes das plantas Bacteróide Membrana bacteroide da planta Transporte electrónico Para a planta Tomada de H 2

12 Funciona mento do Membrana peribacteroide Genes das plantas Bacteróide Membrana bacteroide da planta Transporte electrónico Para a planta Tomada de H 2

13 A assimilação de NH 4 + Bacteróide Xilema NH 4 + ATP Glutamina sintetase glutamina glutamato Glutamato sintase 2-oxoglutarato 2e - NAD(P)H Ferredoxina glutamato Transaminases Asparagina, aa 2-oxoacidos GS - GOGAT TCA

14 Ciclo de aminoácidos e fixação de N 2 Lodwig et al. (2003). Nature 422:

15 Géneros de Rhizobiaceae Géneros Espécies Comentários Agrobacterium Allorhizobium Azorhizobium Bradyrhizobium Mesorhizobium Rhizobium Sinorhizobium (+) Patogénico, vector de eng. Genética Crescimento rápido, Agrobacterium Semelhante a Xanthobacter. Sesbania Genes simbióticos em cromosomas. Produzem Alcalinos Genes simbióticos em cromosomas. Produzem Ácidos Genes simbióticos em plasmídeos. Produzem Ácidos Genes simbióticos em plasmídeos. Produzem Ácidos

16 Do campo ao laboratório

17 O Efeito das inoculações

18

19 Simbiose actinorrízica (Frankia sp.) Familia Betulaceae Casuarinaceae Myricaceae Coriariaceae Datiscaceae Elaeagnaceae Rhamnaceae Rosaceae Género Alnus Allocasuarina Casuarina Ceuthostoma Gymnostoma Comptonia Myrica Coriaria Datisca Elaeagnus Hippoph aë Shepherdia Ceanothus Colletia Discaria Kentrothamnus Retanilla Talguenea Trevoa Cercocarpus Chamaebatia Cowania Dryas Purshia

20 Frankia e formação de nódulos

21 Nódulos de Frankia

22 Anatomia dos nódulos

23 Efeito da nodulação

24 Efeito de actinorrizas no ecossistema

25 Myrica faya Pinhal de Leiria

26 Efeito da associação de árvores de Myrica rubra com Pinus thunbergii aos 12 anos. VOLUME ALTURA DIÁMETRO TRONCO PESO ARVORES PARCELA ARVORE (m) (cm) cm 3 x10 3 SECO /Ha A Pinus Myrica B Pinus Myrica C Pinus S. Uemura (1971) Plant and Soil

27 Coriaria

28 Efeito da asociação de Coriaria arborea sobre o crescimento de Pinus radiata (W.S. Silvester, 1976) Distancia de Coriaria (m) N do solo (%) Altura do Pinus (m) N nas folhas (%) Folhada de Coriaria (g m -2 )

29 Casuarina

30 Eleagnus

31 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

32 Referências Biology of Plants - Raven Plant Biology - Graham Sprent (2003) - Nature 422: Lodwig (2003) - Nature 422: Fragmentos em Ecologia (2002). Ed. MA Martins- Loução

33 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.

34 Tipos de Micorrizas

35 Distribuição do tipo de micorrizas

36 Arbuscular mycorrhizas (AM) are the most common mycorrhizal type (80% of plant species)

37 Ectomicorrizas A. Micorriza de Tuber com Populus nigra B. Micorriza de P. nigra C. Micorriza de Cenococcum geophilum em Quercus ilex D. Micorriza de Lactarius sp com Q. ilex E-F Micorriza de P. nigra G. Micorriza de Russula com P. nigra

38 Ectomicorriza

39 Efeitos nas comunidade s vegetais Efeitos no ciclo do C Facilitam a reciclagem dos nutrientes Papel das micorrizas Melhoram o enraizamento estabelecimento das plantas Aumentam a capacidade de tomada dos iões Aumentam a tolerância de patogénicos Aumentam a tolerância das plantas a condições de stress Melhoram as propriedades do solo

40 Interacção entre disponibilidade de nutrientes e micorrizas Limitação em N ou P por parte da planta Crescimento Micorrizas Limitação em N ou P por parte do fungo Limitação em C por parte do fungo Disponibilidade de N ou P no solo

41 Efeito da disponibilidade de nutrientes e da presença de micorrizas no investimento da parte aérea

42 Efeito da disponibilidade de nutrientes e da presença de micorrizas no investimento da parte radicular

43 Carob Carob Water use efficiency (µmol CO mmol H O) N- N+ Mic + Mic - Nutrient availability Net Photosynthesis (µmol CO m -2 2 s -1 ) Mic + Mic - N- N+ Nutrient availability

44 Poplar Net Photosynthesis (µmol CO m -2 s -1 ) Mic + Mic - N- N+ Nutrient availability

45 Uptake Regions in Carob Roots Net influx rate (µmol g -1 FW h -1 ) - NO - Myc 3 NH Myc Distance from root apex (cm)

46 Cheating

47 STRATEGIES TO IMPROVE PLANT GROWTH No Presence of limiting factors for plant growth Yes Is soil inoculum potential high? Yes No Are the indigenous mycorrhizal fungi effective for plant growth Are the indigenous mycorrhizal fungi effective for plant growth Yes No No Yes Inoculation with AM does not increase plant growth Inoculation with effective AM may increase plant growth The increment of indigenous AM fungi may increase plant growth

48 PRODUÇÃO DE INÓCULO - ECTO isolamento de esporos e esterilizaç ão cultura asséptica em meio sólido trituração dos carpóforos isolamento das colónias homogeneizaç ão em água 3 semanas Suspensão de hifas - meio líquido Aplicação por rega no substracto de germinação Mistura de meio líquido com substracto 3 semanas 1 ml :120ml perlite Germinação das sementes no substracto inoculado

49 PRODUÇÃO DE INÓCULO - AM 500 g areia esterilizada 500 g solo natural 500 g areia esterilizada Trap Cultures: Psora lea Anagal is Aster Sorgo 4-6 meses Check up: cleari ng 1 mês Corta- se a parte aé rea Toda a parte radicular fica a secar Produção de inóculo não seleccionado Isolamento Multiplicação de inóc ulo sele ccionado Selecção do inóculo Culturas puras 4-6 meses A operação repete-se quantas vezes necessária Inóculo para viveiro 500 g areia esterilizada 500 g solo com inóculo 500 g areia esterilizada Check up: clearing 500 g areia esterilizada 500 g areia com inóculo 500 g areia esterilizada 200 g de areia es terilizada esporos do mesmo morfotipo 2 meses 800 g de areia este rilizada g de areia inf ectada Inóculo seleccionado

50 Simbiose mutualista

51 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

52 Referências Biology of Plants - Raven Plant Biology - Graham Fundamentos em Ecologia - MA Martins- Loução PDFs da Nature colocados na pasta da disciplina