Los agrólogos de la RUDN han determinado el tamaño óptimo de los poros del suelo para la actividad de los microorganismo

Los agrólogos de la RUDN han determinado el tamaño óptimo de los poros del suelo para la actividad de los microorganismo

Los agrólogos de la RUDN han descubierto que las condiciones más favorables para los microorganismos se crean en los poros del suelo que varían en tamaño desde 60 hasta 180 micrómetros. Para visualizar la relación entre las enzimas que producen microorganismo terrestres y el tamaño de los poros, los investigadores por primera vez han creado un mapa tridimensional de la estructura del suelo. Para este objetivo, utilizaron zimografía de suelo 2D y tomografía computarizada de rayos X. El artículo fue publicado en la revista Soil Biology and Biochemistry.

Varios tipos de suelos se distinguen entre sí no solo en propiedades químicas, sino también en la disposición y el tamaño de los poros. Aunque cualquier suelo contiene poros pequeños y grandes, su proporción puede ser diferente. Los poros más grandes (de 100 micrómetros) están llenos de aire y se ubican entre grumos de tierra, los poros pequeños (10-100 micrómetros) dentro de los grumos están llenos de agua. Las colonias bacterianas viven en los poros y son responsables de las reacciones bioquímicas asociadas con la circulación de carbono, fósforo, nitrógeno y otros elementos químicos. Los microorganismo estimulan la fertilidad, y comprender exactamente qué parámetros (incluido el tamaño de poro) determinan el "bienestar" de los microorganismo ayudará a los agricultores a aumentar sus cultivos.

Anteriormente, la distribución de las enzimas que secretan microorganismo terrestres se asociaba solo con las propiedades químicas y biológicas del suelo. Sin embargo, la estructura física del suelo también afecta a las comunidades microbianas beneficiosas y, por lo tanto, a las enzimas. Los agrólogos de la RUDN por primera vez han encontrado los parámetros óptimos de los poros del suelo para las comunidades microbianas. Con este propósito, examinaron los poros utilizando la zimografía 2D del suelo, un método electroquímico para estudiar la actividad enzimática, y la tomografía computarizada de rayos X.

 Los científicos tomaron muestras de suelo de cinco sistemas de explotación del suelo en los sitios preparados para experimentos por la Estación Biológica Kellogg en Michigan (EE. UU.): Suelo en el que solo se cultivaba maíz (1); el mismo suelo, pero con centeno otoñal (2); suelo en el que se cultivó el mijo (3); suelo en el que creció un álamo híbrido con una maleza cubierta de hierba (4) y el suelo en el que las comunidades biológicas fueron reemplazadas sucesivamente como resultado de algunos factores naturales o de actividad humana (5). No hubo raíces vivas en las muestras, es decir, la actividad de los microorganismos fue la principal fuerza impulsora para la producción de enzimas.

 Para determinar la distribución y el tamaño de los poros en el suelo, se escanearon muestras de 5-10 centímetros de longitud con rayos X. El mapeo de la actividad enzimática se realizó mediante zimografía. Se colocaron membranas especiales con sustratos en la superficie de las muestras, que produjeron productos fluorescentes al contacto. Cuando estos productos se expusieron a la radiación ultravioleta, los científicos tomaron fotografías que mostraban la actividad de seis enzimas involucradas en el ciclo del carbono, nitrógeno y fósforo en el suelo: celobiohidrolasa, xylonase, fosfatasa ácida, β-glucosidasa, leucina aminopeptidasa y N-acetil glucosaminidasa. La combinación de estos dos métodos les permitió crear mapas 3D que visualizan la relación entre los tamaños de los poros del suelo y la actividad enzimática en una matriz terrestre intacta.

 Cada muestra de suelo contenía poros de varios tamaños. El estudio mostró que en todas las muestras de suelo investigadas, independientemente del tipo, se observó el mayor número de enzimas (y, por lo tanto, la mayor actividad de los microorganismos) en poros con un diámetro de 60-180 micrómetros. Por lo tanto, los poros de este tamaño son un hábitat ideal para los microorganismo terrestres. En poros de menor o mayor tamaño, dicha actividad no se observó. Los resultados de los estudios de las seis enzimas lo comprueban. Las colonias microbianas enteras se encuentran en poros de este tamaño, donde hay un acceso óptimo de agua y oxígeno. En el entorno natural, estos poros tienen más raíces pequeñas creciendo en ellas, lo que garantiza una mayor saturación del suelo con carbono. Por lo tanto, como asumieron los científicos al comienzo del estudio, el tamaño de los poros del suelo realmente afecta la distribución de las enzimas.

 El experimento por primera vez ha confirmado que una combinación de estos dos métodos es efectiva para estudiar enzimas. En el futuro, los agrólogos intentan mejorar la resolución de las imágenes y tener en cuenta factores adicionales como la ingesta de carbono fresco, humedad y acidez del suelo. Esto proporcionará datos más precisos y mejorará la comprensión de los procesos bioquímicos in situ, en el lugar donde ocurren, sin ninguna intervención.

El artículo en la revista Soil Biology and Biochemistry

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