MICROBILOGÍA AGRÍCOLA Y AMBIENTAL Titulación: Asignatura: Código: Año: Periodo: Carácter: Nº de Créditos: Departamento: Área de Conocimiento: Curso: Licenciado en Ciencias Ambientales. Microbiología agrícola y ambiental. 67109 2º Ciclo (5º) 1 er cuatrimestre Optativa 6 (4.5 teóricos, 1,5 prácticos) Microbiología y Parasitología Microbiología 2010-2011 FUNDAMENTACIÓN DEL PROGRAMA DE LA ASIGNATURA La importancia de los microorganismos en el medio ambiente es algo que está fuera de toda duda, hablamos de la mayor biomasa y del mayor tramo de la existencia de vida en la Tierra. Su acción metabólica ha condicionado y condiciona las características de toda la biosfera. El conocimiento del lugar de los microorganismos en la Naturaleza puede ayudarnos a comprender su inmenso potencial y su utilidad en procesos de biodegradación de distintos tipos de residuos, en la industria, en la depuración de aguas, en la agricultura, etc. OBJETIVOS DOCENTES Nuestro objetivo es que el alumno conozca: - Los distintos tipos de microorganismos presentes en diferentes ambientes naturales. - La implicación de los microorganismos en los ciclos del carbono, etc. -La interrelación de los microorganismos en distintos procesos agrícolas y medioambientales METODOLOGÍA DOCENTE Clases teóricas y prácticas. 1
PROGRAMA TEÓRICO Tema 1.- Introducción y fundamentos de Microbiología ambiental. Concepto de microbiología ambiental. Significado de los microorganismos en el medio ambiente. Estructura física de los ambientes naturales. Estado fisiológico de los microorganismos en el medio ambiente. Interacción de los microorganismos con otras células. Poblaciones microbianas y dinámica de las comunidades microbianas. Tema 2.- Microorganismos en su ambiente natural: el aire (atmo-ecosfera). La atmósfera: estructura. Características físicas del ambiente aéreo. La atmósfera como hábitat y medio de dispersión. El ambiente aéreo y el hombre. Tema 3.- Microorganismos en su ambiente natural: el agua (hidro-ecosfera). Propiedades físicas y químicas del entorno acuático. El medio acuático como ambiente microbiano: sustratos para el crecimiento microbiano; flujo de energía: crecimiento en las interfases y gradientes. Comunidades microbianas en ambientes oceánicos y aguas continentales: microorganismos importantes; abundancia, distribución y supervivencia de microorganismos: ambiente oceánico (oligotrofia, barofilia, bioluminiscencia) y ambiente de aguas continentales (lagos, ríos). Tema 4.- Microorganismos en su ambiente natural: el suelo (lito-ecosfera). El suelo, aspectos físicos y químicos de su estructura. Sustratos para el crecimiento microbiano. abundancia, distribución y composición de la microflora del suelo. Relación de la microflora del suelo con respecto a la atmosférica. Microbiología de las grandes profundidades. Tema 5.- Microorganismos en ambientes extremos. Introducción. La temperatura como ambiente extremo. El ph como ambiente extremo. Otros ambientes extremos. Tema 6.- El papel de los microorganismos en los ciclos de los nutrientes. El ciclo del carbono. El ciclo de nitrógeno. El ciclo del azufre. El ciclo del fósforo. El ciclo del hierro. El ciclo de otros elementos: calcio, mercurio, etc... Tema 7.- Interacciones entre microorganismos Introducción. Neutralismo, comensalismo, sinergismo (protocooperación), mutualismo, competencia, amensalismo (antagonismo), parasitismo y depredación. Poblaciones de biopelículas.. 2
Tema 8.- Interacciones entre microorganismos y plantas. Flora microbiana normal en plantas. Mutualismo-comensalismo: rizosfera. Mutualismo: micorrizas, sistemas de nódulos radiculares fijadores del nitrógeno y líquenes. Interacciones de los microorganismos con las estructuras aéreas de las plantas. Enfermedades microbianas de plantas: fitopatógenos. Tema 9.- Interacciones entre microorganismos y animales. Flora microbiana normal en animales. Asociaciones mutualistas con invertebrados: microorganismos fotosintéticos, metanotrofos y quimiolitotrofos. Asociaciones mutualistas con vertebrados: el rumen. Simbiontes intestinales mutualistas y comensales. Asociaciones simbióticas con insectos y otros invertebrados. Producción simbiótica de la luz. Enfermedades de los animales producidas por microorganismos. Tema 10.- Microbiología agrícola I. Gestión de suelos agrícolas. Producción de biofertilizantes: Rhizobium. Tema 11.- Microbiología agrícola II. Introducción al biocontrol. Amensalismo y parasitismo microbianos para controlar patógenos microbianos: antifúngicos y antibacterianos. Patógenos microbianos para controlar plagas de plantas y animales: control de insectos, otras plagas (nematodos, moluscos, conejos, malas hierbas...). Protección por microorganismos frente a la congelación. Tema 12.- Técnicas para el enriquecimiento, aislamiento y recuento de microorganismos en la naturaleza. Recogida y procesado de muestras. La columna de Winogradsky. Cultivos de enriquecimiento. Aislamiento de cultivos puros. Identificación de microorganismos: detección fenotípica, anticuerpos fluorescentes, detección molecular (análisis de lípidos y estudios de ácidos nucleicos). Microorganismos no cultivables, bioprospección. Recuento de microorganismos. Tema 13.- Medida de la biomasa y actividad microbiana en la naturaleza. Ensayos bioquímicos: medida de ATP, CO 2, lípidos y clorofilas. Medida de la actividad microbiana: empleo de marcadores radioactivos, microelectrodos, ensayos enzimáticos. Isótopos estables y su utilización en biogeoquímica microbiana. Tema 14.- Tratamiento de residuos sólidos. Compostaje y ensilado. 3
PROGRAMA DE PRÁCTICAS Microbiología del suelo 1.- Análisis de la flora microbiana de muestras del suelo: recuento y observación de los principales tipos. 2.- Aislamiento de microorganismos extremófilos. 3.- Ciclo del nitrógeno: microorganismos fijadores del nitrógeno. Microbiología del aire 4.- Análisis de la flora microbiana mediante técnicas de borboteo y filtración. Microbiología del agua 5.- Aislamiento de microorganismos utilizando la columna de Winogradsky 6.- Aguas residuales de distinto origen: recuento de gérmenes y detección de diversos grupos de interés. Calculo de la DQO y DBO. 7.- Aislamiento y caracterización de microorganismos oxidadores de fenoles y otros compuestos xenobióticos a partir de muestras procedentes de depuradoras de aguas residuales. Tratamiento de residuos líquidos y sólidos por microorganismos 8.- Tratamiento de residuos agrícolas por actinomicetos. 9.- Tratamiento y decoloración de efluentes de industrias papeleras por actinomicetos. CRITERIOS DE EVALUACIÓN La evaluación será continuada a lo largo del curso, teniéndose en cuenta distintos aspectos como son: La asistencia a clase. La participación activa en clase La presentación de trabajos sobre diversos temas relacionados con la asignatura. La asistencia a las clases prácticas y participación activa en las mismas Examen final que se realizará al final del semestre 4
MODALIDAD DE EXAMEN Para aprobar la asignatura será necesario haber asistido a todas las prácticas y se exigirá una calificación superior a 5 sobre 10 en el examen teórico de la asignatura, que será escrito y consistirá en el desarrollo de cuatro preguntas durante 1 hora y 30 minutos. NIVEL DE CONOCIMIENTOS EXIGIBLES PARA SUPERAR LA ASIGNATURA Los conocimientos exigibles serán aquellos que permitan al alumno una vez superada la asignatura, conocer la participación de los microorganismos en los distintos ambientes naturales, ser conscientes de la gran biodiversidad microbiana que existe en nuestro Planeta, poder sugerir la utilización de los microorganismos en distintos ámbitos biotecnológicos y medioambientales. BIBLIOGRAFÍA - Ecología microbiana y Microbiología ambiental 4ª edición (2001)R.M. Atlas y R. Bartha Addison Wesley - Microbial ecology: organisms, habitats, activities (1988)H Stolp.Cambridge University Press - Micro-organisms in action: concepts and applications in Microbial ecology (1988)JM Lynch and JE Hobbie.Blackwell Scientific Publications - Microbiología ambiental (1989)WD Grant and PE Long.Edt Acribia - Environmental Microbiology (1993).R Mitchell.Wiley-Liss - Biotechnology and the future of world agriculture (1989).H Hobbelink.Zed Books Ltd. - Trends in Microbial Ecology (1993).R Guerrero y C Pedrós-Alió.Sociedad Española de Microbiología - Environmental Biotechnology (1987).CF Foster and DAJ Wase.Ellis Horwood Limited 5
- Manual of environmental microbiology (1997).CJ Hurst, GR Knudsen, MJ McInerney, LD Stetzenbach and MV Walter.American Society for Microbiology - Microbial ecology: Fundamentals and applications (1997).RM Atlas and R Bartha.Adisson-Wesley Pub Co. - Soil biotechnology. Microbial factors in crop productivity (1983).JM Lynch Blackwell Scientific Publications - Soil Microbiology and Biotechnology (1996).EA Paul and FE Clark.Academic Press - Biology of microorganisms 8 th edt (1997).M.T. Madigan, J.M. Martinko, J. Parker Prentice Hall - Microbiology 4 th edt (1999).L.M. Prescott, J.P. Harley, D.A. Klein.WCB McGraw-Hill - Las fronteras de la vida (1995).J Postgate.Drakontos, Critica - Life on the edge (1998).M Gross.Plenun trade LECTURAS CIENTÍFICAS RECOMENDADAS - Biología de la rizosfera JM Barea.Investigación y Ciencia, enero 1998 - Cepas mejoradas de Rhizobium.E Martínez-Romero, R Palacios y J Mora Investigación y Ciencia, octubre 1998 - Plantas resistentes a insectos.jj Estruch.Investigación y Ciencia, febrero 1998 - Los nuevos virus.b Le Guenno.Investigación y Ciencia, julio 1995 - Vida en las profundidades de la Tierra.JK Fredrickson y TC Onstott.Investigación y Ciencia, diciembre 1996 - Intercambio de genes bacterianos en la naturaleza.rv Miller.Investigación y Ciencia, marzo 1998 6
- La resistencia contra los antibióticos.sb Levy.Investigación y Ciencia, mayo 1998 - Toxinas de cianobacterias.ww Carmichael.Investigación y Ciencia, marzo 1994 - Hemoglobinas vegetales.m Becana.Investigación y Ciencia, febrero 1995 - Biotecnología de cianobacterias.c Garbisu, A Blanco, I Alkorta, MJ Llama y JL Serra Investigación y Ciencia, mayo 1999 - Búsqueda de vida en el sistema solar.bm Jakosky.Investigación y Ciencia, abril 1999 - Materias primas de la vida.mp Berstein, SA Sandford y LJ Allamandola Investigación y Ciencia, septiembre 1999 - Un inventario palnetario de los microbios.wb Whitman y WJ Wiebe Mundo Científico, abril 1999, páginas 16-19 - Las arqueobacterias estan entre nosotros.c Schleper Mundo Científico, abril 1999, páginas 20-23 - Son las hipertermófilas nuestro origen?.p Forterre Mundo Científico, abril 1999, páginas 26-33 - Tras la pista de los virus primordiales.w Zillig y HP Arnold Mundo Científico, abril 1999, páginas 34-38 7