Appunti Microbiologia

FORMAZIONE DI HUMUS

Frazione organica complessa. Legata alla FERTILITA' del suolo ed ha la maggior resilienza, è una RISERVA di SO. La sua presenza dipende dalle caratteristiche del suolo come l'UMIDITA'.

L'humus è composto da sostanze amorfe organiche che contengono sostanze difficilmente degradabili come lignina, ma anche cere, lipidi, ecc. (molecole semplici). La sua formazione si ha mediante la degradazione di residui (vegetali o animali) che vengono prima ripolimerizzati e poi si ricondensano spontaneamente. Tutto ciò viene fatto ad opera di microrganismi e dalla mesofauna.

Costituito da tre componenti in base alla solubilità:

• UMINA → frazione INSOLUBILE a qualsiasi pH ed è associata fortemente alla matrice minerale
• ACIDI UMICI → frazione solubile in ambiente acquoso ALCALINO
• ACIDI FULVICI → sono costituiti da polimeri di strutture aromatiche, proteine e polisaccaridi che possono essere rilasciati

carbonio nell'atmosfera. Nell'agricoltura conservativa, invece, ci sono pratiche come la minima lavorazione o la semina su sodo che riducono le perdite di C dal suolo con maggiore concentrazione di SO negli strati superficiali.

2. Applicazione del BIOCHAIR → si ottiene come risultato della PIROLISI, una combustione in assenza di O o con piccole dosi. Si ha perdita di C in parte come CO e in parte si forma CARBONE2 difficilmente attaccabile dai microrganismi. Il Biochair interrato rimane quindi intoccato per anni andando a favorire lo stoccaggio di C facilmente. Ruolo principale del Biochair:

• Garantire C nel suolo per lunghi periodi
• Modifica le caratteristiche chimiche del suolo perché ha una superficie ricca di cariche che può legare gli elementi nutritivi
• Modifica le caratteristiche fisiche del suolo cambiando il suo colore e favorendo la crescita radicale

3. Uso del COMPOST → prodotto della trasformazione della SO per opera dei microrganismi ed è

più stabile e duraturo negli anni. CICLO DELL’AZOTO

L’azoto è un fattore limitante per la produttività e la crescita delle piante, ma se è presente in quantità eccessive risulta essere un agente inquinante.

Solo alcuni procarioti possono fissare l’N, gli AZOTOFISSATORI, che utilizzano N (atmosfera è il2→principale serbatoio di N con 78%). FISSAZIONE BIOLOGICA. Il ruolo dei microrganismi è quello di trasformare l’N nelle sue varie forme per essere utilizzato all’interno del suolo.

In alternativa alla fissazione biologica si può avere la FISSAZIONE INDUSTRIALE.

L’N è presente nel suolo sotto varie forme:

• ricavato dall’aria- N AZOTO MOLECOLARE2 –4+
• NH e NH , NO e NO molto solubili e facilmente perdibili3 2 3 –
• SOSTANZA ORGANICA come proteine, basi azotate, parete dei batteri, chitina degradatavelocemente
• HUMUS stabile e di riserva

AZOTO ORGANICO (RNH ) nel

Il suolo si forma per assimilazione (trasformazione da sostanza inorganica a sostanza organica) partendo da NH₃ (ammoniaca) o da NO₃ (nitrato). E con l'ammonizzazione si ha la produzione di NH₄⁺. Può essere mineralizzato NH₄. Processo importante per produrre energia. Si forma inoltre per:

• Azotofissazione di N₂ →
• Riduzione assimilativa di NO₃ → 2NH₃ è usata per produrre a sua volta nitriti e NO₂) mediante un'ossidazione

Dai nitrati per denitrificazione si ottiene N in anaerobiosi. La nitrificazione è svolta solitamente da microrganismi chemiolitotrofi.

Azotofissazione: solo alcuni procarioti utilizzano N₂, tutte gli altri organismi utilizzano forme di N combinate. I processi di combinazione dell'azoto sono tre:

1. Fissazione biologica: N₂ + 6 e → 2 NH₃
2. Processo Haber-Bosch: ovvero, a carico di processi di azotofissazione industriale
3. Attività naturali come vulcani, radiazioni ionizzanti

La capacità di

azoto-fissare si ha solo alcuni procarioti ma è presente in gruppi anche diversi tra loro:

• Ci sono microrganismi che riescono ad azotofissare solo quando si trovano in SIMBIOSI (i RIZOBI con le leguminose o gli ATTINOMICETI del genere FRANKIA con ANGIOSPERME non leguminose)
• Ci sono microrganismi azotofissatori che si trovano in ASSOCIAZIONE con le radici delle piante senza però avere un rapporto obbligato di simbiosi
• Ci sono microrganismi LIBERI che fanno azotofissazione indipendentemente da altri organismi (i CLOSTRIDIUM o i CIANOBATTERI)

È un processo molto dispendioso in termini energetici (servono 12 ATP per la trasformazione), infatti viene svolta solo nel caso in cui non ci sono altri composti azotati che si possono utilizzare.

AMMONIZZAZIONE

Si ha la trasformazione di AZOTO ORGANICO in AMMONIACA. Può essere svolta sia in condizioni di aerobiosi che in condizioni di anaerobiosi. Il rilascio di ammoniaca da molecole complesse come le proteine inizia con la

loro depolimerizzazione in aminoacidi mediante enzimi proteolitici. Gli aminoacidi ora subiscono una ulteriore degradazione microbica: deaminazione ossidativa che rimuove il gruppo -NH2 producendo lo ione ammonio.

La quantità di azoto liberato/trasformato dipende dal rapporto C/N del suolo: se è alto si libera poco N perché in gran parte viene utilizzato dal microrganismo per le sue necessità perché non se ne ha abbastanza nel suolo; se è basso si ha una maggiore liberazione di N dopo l'ammonizzazione.

Il destino di NH3 o ASSIMILATO dalle piante. L'immobilizzazione- Può essere IMMOBILIZZATO da microrganismi dipende dal rapporto C/N presente nel suolo: più il rapporto è basso più ammonio troviamo perché la quantità di N è maggiore della disponibilità di C.

FISSATO nell'argilla- Può essere- Può VOLATILIZZARE come AMMONIACA- Può essere trasformato in NITRATO

Dai batteri nitrificanti

NITRIFICAZIONE

Si ha l'OSSIDAZIONE prima a IONE NITRITO e poi a IONE NITRATO grazie all'azione di due gruppi batterici diversi Gram-negativi:

→4+ 2- +- AMMONIO-OSSIDANTI come Nitrosomonas→ NH (NH ) + O NO + H + H O3 2 2

→2- 3-- NITRITO-OSSIDANTI come Nitrobacter→ NO + O NO2

Questo processo nel suolo è molto importante perché porta ad un CAMBIO DI CARICA dell'azoto da positiva a negativa: gli anioni hanno bassa affinità con le particelle del suolo per cui non vengono immobilizzati da questo ma dalle acque presenti.

I batteri nitrificanti sono CHEMIOLITOTROFI, per cui prendono energia dall'ossidazione della sostanza 2-inorganica, infatti, NH e NO vengono usati come DONATORI di elettroni per avere ENERGIA. Questi due gruppi di batteri sono anche AUTOTROFI, AEROBI e vivono in CONSORZIO, ovvero, l'accumulo di nitrito per cui è necessaria l'attività inibisce la specie ammonio-ossidante

ANNAMOX 4+ 2-Processo di OSSIDAZIONE ANAEROBICA di NH con NO per andare a produrre N (AZOTO2MOLECOLARE): →4+ 2-NH + NO N + acqua + energia2Tale reazione viene svolta da microrganismi specializzati aventi un organulo detto ANAMMOXOSOMA.

L'importanza di questo processo sta nel fatto che questo è in grado di depurare acque e liquami da ioni ammonio.

RIDUZIONE DEL NITRATO

Il NITRATO formatosi può andare incontro a diversi destini:

• Può essere trasformato da microrganismi→ RIDUZIONE DISSIMILATIVA e DENITRIFICAZIONE
• Può essere assimilato da microrganismi e piante→ RIDUZIONE ASSIMILATIVA formando SO
• Può essere rimosso per lisciviazione→ ovvero dilavato perché cambia di carica 2-

RIDUZIONE DISSIMILATIVA→ il primo passaggio è la

trasformazione del nitrato in NITRITO (NO₂) con produzione di ENERGIA. In seguito, solo alcuni batteri trasformano il nitrito in AMMONIO per detossificare l'ambiente. processo ANAEROBICO dove il nitrato diventa l'accettore DENITRIFICAZIONE→ finale degli elettroni (RESPIRAZIONE ANAEROBICA) finendo per arrivare ad AZOTO MOLECOLARE. Per far avvenire tale respirazione però è necessario avere sostanza organica da degradare. Tale reazione viene fatta da diversi gruppi batterici, possiamo distinguere: i batteri DENITRIFICANTI (producono azoto da nitrato ed hanno tutti gli enzimi) e batteri PARZIALI (svolgono solo in parte la trasformazione). Ogni stadio è catalizzato da un enzima specifico situato sulla membrana per un totale di 4 enzimi.

REAZIONE ASSIMILATIVA→ processo che avviene sia