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Biodiversidad de grupos funcionales de microorganismos en el Parque Nacional Natural de Los Nevados, Colombia

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Resumen El páramo presta a la sociedad servicios ambientales como la continua provisión de agua, la regulación hidrológica, la estabilidad de suelos, el mantenimiento de la biodiversidad, el almacenamiento de carbono y su valor paisajístico y cultural. Al interior del páramo y específicamente en la vereda El Bosque del Parque Nacional Natural de Los Nevados (PNN Los Nevados) se desarrollan actividades productivas entre las que se destacan el cultivo de papa y la ganadería. Con el objetivo de establecer el efecto de dichas actividades agropecuarias sobre la diversidad de grupos funcionales de microorganismos cultivables del suelo, se realizó el aislamiento de 1,060 morfotipos microbianos (bacterias y hongos) de suelos bajo cultivo de papa, ganadería y zonas de páramo con la menor intervención antrópica posible de la vereda El Bosque del PNN Los Nevados. Para cada morfotipo se reporta la identificación taxonómica realizada mediante marcadores moleculares, el grupo funcional al que pertenece (fijador de nitrógeno, solubilizador de fosfato ó celulolítico), la georreferenciación del lugar de aislamiento y el uso del suelo asociado. De esta manera se contribuye a la caracterización de la biodiversidad de bacterias y hongos de los páramos colombianos, situación relevante dado el poco conocimiento que existe al respecto y las condiciones ambientales extremas en las que se encuentran dichos microorganismos. Abstract The páramo ecosystem provides environmental services to society as the continued provision of water, water regulation, soil stability, maintenance of biodiversity, carbon storage, and scenic and cultural value. Inside the páramo and specifically in the village El Bosque from Los Nevados National Natural Park develop productive activities among which stand out the potato crop and livestock. In order to establish the effect of such agricultural activities on the diversity of soil cultivable microorganisms functional groups. 1,060 mofphotypes microorganisms (bacteria and fungi) were isolated from soils under potato cultivation, livestock and páramo with the least human intervention possible from the municipality El Bosque in Los Nevados National Natural Park. For each morfphotype taxonomic was reported on identification using molecular markers, the functional group to which it belongs (nitrogen fixing, phosphate solubilizing or cellulolytic), and the georeferenced location of isolation and associated land use. In this way it contributes to the characterization of the biodiversity of bacteria and fungi from the páramos Colombians, relevant situation given that there is little knowledge about it and extreme environmental conditions found in these microorganisms.

Additional Information

Discusión La presente colección de microorganismos contribuye a la caracterización de la biodiversidad de bacterias y hongos de los páramos colombianos, específicamente en el PNN Los Nevados, donde el ecosistema más representativo es el páramo. Situación relevante sí se tiene en cuenta que estos ecosistemas de alta montaña se pueden considerar extremos debido a las características ambientales que presentan (i.e., alta radiación solar, baja presión atmosférica, cambios diarios extremos de temperatura, presencia de zonas volcánicas), por lo cual es de esperar una elevada presencia de microorganismos extremófilos, los cuales pueden ser de gran utilidad a la hora de explorar sus potencialidades ante las diversas problemáticas ambientales que se presentan en la actualidad, así como su posible aplicación biotecnológica. Igualmente, aporta conocimiento acerca de los impactos que genera el cultivo de papa y la ganadería sobre la biodiversidad de microorganismos de grupos importantes como los fijadores de nitrógeno, solubilizadores de fosfato y celulolíticos. Esto permite ampliar el entendimiento de la dinámica agroecológica de los microorganismos del suelo en los ecosistemas de alta montaña. Agradecimientos La presente investigación fue financiada por COLCIENCIAS (Contrato 246-2011) y fue llevada a cabo bajo el contrato de acceso a recursos genéticos No 15 de 2008 del Ministerio de Ambiente y Desarrollo Territorial (MAVDT) y el permiso de investigación de la Unidad Administrativa Especial del Sistema de Parques Naturales (UAESPNN) número DTNO-N-20/2007. Los autores también agradecen al Centro Colombiano en Genómica y Bioinformática en Ambientes Extremos (GEBIX) y a la Universidad Nacional de Colombia por la financiación de la presente investigación. A la comunidad de la vereda El Bosque y Parque Nacional Natural de Los Nevados. Agradecimientos especiales a Tomás León Sicard, Howard Junca y Rosita Mejía por los aportes para la realización de este trabajo.

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Date range: Jun 8, 2011 - Nov 10, 2012

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Administrative contact
Lizeth Manuela Avellaneda-Torres
Ph.D. Agroecología
Universidad Nacional de Colombia. Centro Colombiano en Genónmica y Bioinformática en Ambientes Extremos (GEBIX) Avenida Carrera 30 # 45 Bogotá D.C. Bogotá D.C. Colombia +57 13165000-19046
Metadata author
Lizeth Manuela Avellaneda-Torres
Ph.D. Agroecología
Universidad Nacional de Colombia. y Centro Colombiano en Genónmica y Bioinformática en Ambientes Extremos (GEBIX) Avenida Carrera 30 # 45 Bogotá D.C. Bogotá D.C. Colombia +57 13165000-19046
Originator
Lizeth Manuela Avellaneda-Torres
Ph.D. Agroecología
Universidad Nacional de Colombia. Centro Colombiano en Genónmica y Bioinformática en Ambientes Extremos (GEBIX) Avenida Carrera 30 # 45 Bogotá D.C. Bogotá D.C. Colombia +57 13165000-19046

Taxonomic Coverage

Las bacterias aisladas se caracterizaron en tres niveles diferentes (macroscópicamente, microscópicamente y molecularmente). Para el análisis molecular se determinó la secuencia del 16S ADNr de acuerdo a los procedimientos de Lane (1991). Las secuencias obtenidas se analizaron mediante Basic Local Alignment Search Tool (Altschul et al. 1990, Benson et al. 2000) y utilizando Genius PRO 5.1.5. Las bacterias identificadas pertenecen a cuatro filos diferentes entre los que se encuentran: Bacteroridetes, Actinobacteria, Proteobacteria y Firmicutes. Así mismo se encuentran distribuidas en seis clases diferentes: Sphingobacteriia, Actinobacteria, Betaproteobacteria, Gammaproteobacteria, Bacilli y Alphaproteobacteria. Se identificaron nueve ordenes: Sphingobacteriales, Actinomicetales, Burkholderiales, Pseudomonadales, Bacillales, Enterobacteriales, Rhohospirillales, Xantomonadales y Rhizobiales. De igual forma se identificaron 19 familas: Sphingobacteriaceae, Streptomycetaceae, Micrococcaceae, Burkholderiaceae, Pseudomonaceae, Bacillaceae, Nocardiaceae, Paenibacillaceae, Moraxallaceae, Trichocomaceae, Rhizobiaceae, Santomonadaceae, Cellulomanadaceae, Micromonosporaceae, Comamonadaceae, Chitinophagaceae, Acetobacteraceae, Microbacteria y Enterobacteraceae. Se identificaron 25 géneros y 18 especies, entre los géneros se encuentran: Pedobacter, Streptomyces, Arthrobacter, Burkholderia, Pseudomonas, Paenibacillus, Bacillus, Rhodococcus, Brevibacillus, Acinetobacter, Kaisitia, Stentrophomonas, Oerskovia, Micromonospora, Sthaphylococcaceae, Oerskovia, Micromonospora, Sthaphylococcaceae, Enterobacter, Chitinophaga, Pantoea, Roseomonas, Leucobacter, Rahnella, Escherichia, Bionectria, Comamonas y Microbacterium. En las figuras se presenta la distribución de los niveles taxonómicos aislados para cada uno de los grupos funcionales: fijadores de nitrógeno (Figura 1), solubilizadores de fosfato (Figura 2) y celulolíticos (Figura 3).

GENUS
Acinetobacter, Arthrobacter, Bacillus, Brevibacillus, Burkholderia, Chitinophaga, Comamonas, Enterobacter, Escherichia, Kaistia, Leucobacter, Microbacterium, Micromonospora, Oerskovia, Paenibacillus, Pantoea, Pedobacter, Pedobacter, Pseudomonas, Rahnella, Rhodococcus, Roseomonas, Staphylococcaceae, Stentrophomonas, Streptomyces

Los hongos aislados se caracterizaron en tres niveles diferentes (macroscópicamente, microscópicamente y molecularmente). Para el análisis molecular se realizó extracción de ADN con base en lo reportado por Płaza et al. (2004), Melo et al.(2006) y GEBIX (2009, 2010) usando iniciadores ITS1 y ITS4 de acuerdo con el procedimiento descrito por Vargas et al. (2008) y GEBIX (2010). Las secuencias obtenidas se analizaron mediante Basic Local Alignment Search Tool (Altschul et al. 1990, Benson et al. 2000) y utilizando Genius PRO 5.1.5. Las hongos identificados pertenecen a cuatro Phylum diferentes entre los que se encuentran: Ascomycota, Zygomicota, Basidiomicota y Glomeromycota. Así mismo se encuentran distribuidos en ocho clases diferentes: Eurotiomycetes, Sordariomycetes, Zygomycetes, Dothideomycetes, Tremellomycetes, Leotiomycetes, Glomeromycetes y Mucormycotina. Se identificaron 12 ordenes: Eurotiales, Hypocrealesm, Saccaromycetes, Xilariales, Mortierellales, Pleosporales, Tremellales, Helotiales, Dothideales, Glomerales, Mucorales y Sordariales. De igual forma se identificaron 14 familas: Hypocraceae, Saccharomycetales, Amphisphariaceae, Mortierellaceae, Leptosphaeriaceae, Trichosporanaceae, Nectriaceae, Cordycipitaceae, Myxotrichaceae, Dothioraceae, Glomeraceae, Mucoraceae, Sporomiaceae y Sordariaceae. Se identificaron 23 géneros y 25 especies, entre los géneros se encuentran: Penicillium, Trichoderma, Torula, Truncatella, Mortierella, Hypocrea, Coniothyrium, Trichosporon, Neonectria, Leptosphaeria, Aureobasidium, Umbelopsis, Fusarium, Coniothyrium, Preussia, Aspergillus, Mucor, Diplogelasinospora y Drechselera. Las hongos identificados pertenecen a cuatro Phylum diferentes entre los que se encuentran: Ascomycota, Zygomicota, Basidiomicota y Glomeromycota. Así mismo se encuentran distribuidos en ocho clases diferentes: Eurotiomycetes, Sordariomycetes, Zygomycetes, Dothideomycetes, Tremellomycetes, Leotiomycetes, Glomeromycetes y Mucormycotina. Se identificaron 12 ordenes: Eurotiales, Hypocrealesm, Saccaromycetes, Xilariales, Mortierellales, Pleosporales, Tremellales, Helotiales, Dothideales, Glomerales, Mucorales y Sordariales. De igual forma se identificaron 14 familas: Hypocraceae, Saccharomycetales, Amphisphariaceae, Mortierellaceae, Leptosphaeriaceae, Trichosporanaceae, Nectriaceae, Cordycipitaceae, Myxotrichaceae, Dothioraceae, Glomeraceae, Mucoraceae, Sporomiaceae y Sordariaceae. Se identificaron 23 géneros y 25 especies, entre los géneros se encuentran: Penicillium, Trichoderma, Torula, Truncatella, Mortierella, Hypocrea, Coniothyrium, Trichosporon, Neonectria, Leptosphaeria, Aureobasidium, Umbelopsis, Fusarium, Coniothyrium, Preussia, Aspergillus, Mucor, Diplogelasinospora y Drechselera.

GENUS
Aspergillus, Aureobasidium, Beauveria, Bionectria, Coniothyrium, Diplogelasinospora, Drechslera, Fusarium, Geomyces, Hypocrea, Leptosphaeria, Mortierella, Mucor, Neonectria, Paecilomyces, Penicillium, Preussia, Torula, Trichoderma, Trichosporon, Truncatella, Umbelopsis

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El PNN Los Nevados se encuentra localizado en la Cordillera Central de Colombia, entre las vertientes oriental y occidental, con alturas entre los 2,600 y … more

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Geographic Coverage

El PNN Los Nevados se encuentra localizado en la Cordillera Central de Colombia, entre las vertientes oriental y occidental, con alturas entre los 2,600 y 5,321 m.s.n.m. (figura 4). Comprende un área aproximada de 58,300 hectáreas, en jurisdicción de los departamentos de Caldas (Municipio de Villamaría), Risaralda (Municipios de Santa Rosa de Cabal y Pereira), Quindío (Municipio de Salento) y Tolima (Municipios de Ibagué, Anzoátegui, Santa Isabel, Murillo, Villahermosa, Casabianca y Herveo) (PNNN 2007).

Caracterización de comunidades microbianas asociadas a prácticas agrícolas y usos del suelo de la vereda El Bosque - Parque Nacional Natural de Los Nevados

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Study area description

El PNN Los Nevados constituye una región de alto interés biológico en Colombia y el mundo. Es una de las principales áreas protegidas de carácter nacional que hace parte de los procesos de ordenamiento ambiental del territorio, donde se viene consolidando un Sistema Regional de Áreas protegidas para la ecorregión del eje cafetero. El parque incluye diversos ecosistemas como nieves perpetuas, superpáramo, páramo y bosques altoandinos, andinos y subandinos siendo el páramo y superpáramo los ecosistemas más representativos en área (Fandiño y Wyngaarden 2002). En el Parque también se encuentran cinco cráteres volcánicos, en su mayoría activos (Volcanes de Santa Isabel, Tolima y Ruiz). Al interior del PNN Los Nevados se encuentra la vereda El Bosque, del municipio de Pereira, la cual presenta páramos y bosques altoandinos asociados a la cuenca alta del río Otún, presentando ecosistemas de alta montaña ecuatorial que conservan poblaciones vegetales y animales de gran diversidad (Chiquito y Zuluaga 2007). El presente proyecto se desarrolló al interior de la vereda El Bosque donde se buscó evaluar el efecto del cultivo de papa y la ganadería sobre la diversidad microbiana y la calidad del suelo, para lo cual se estableció la presente colección de microorganismos pertenecientes a grupos funcionales (fijadores de nitrógeno, solubilizadores de fosfato y celulolíticos).

Design description

El objetivo general del proyecto fue caracterizar las comunidades microbianas de suelos de diferentes agroecosistemas de la vereda El Bosque – PNN Los Nevados, con el fin de determinar posibles relaciones entre éstas y las prácticas agrícolas y usos del suelo. Una de las preguntas específicas de investigación fue: ¿Qué relaciones se han generado entre las prácticas agrícolas y usos del suelo asociados al cultivo de papa y la ganadería en la vereda El Bosque en cuanto a abundancia y diversidad de microorganismos del suelo pertenecientes a grupos funcionales cultivables?. Para dicha pregunta, la hipótesis de investigación fue: las prácticas agrícolas y usos del suelo asociados al cultivo de papa y la ganadería modifican la abundancia y diversidad de los microorganismos pertenecientes a grupos funcionales cultivables del suelo (fijadores de nitrógeno, solubilizadores de fosfato y celulolíticos) en los agroecosistemas seleccionados.

Funding

La presente investigación fue financiada por COLCIENCIAS (Contrato 246-2011) y fue llevada a cabo bajo el contrato de acceso a recursos genéticos No 15 de 2008 del Ministerio de Ambiente y Desarrollo Territorial (MAVDT) y el permiso de investigación de la Unidad Administrativa Especial del Sistema de Parques Naturales (UAESPNN) número DTNO-N-20/2007. Los autores también agradecen al Centro Colombiano en Genómica y Bioinformática en Ambientes Extremos (GEBIX) y a la Universidad Nacional de Colombia por la financiación de la presente investigación.

Project Personnel

Principal investigator
Lizeth Manuela Avellaneda-Torres

Associated parties

Author
Esperanza Torres Rojas
Profesora Asociada
Universidad Nacional de Colombia y Centro Colombiano en Genónmica y Bioinformática en Ambientes Extremos (GEBIX) Avenida Carrera 30 # 45 Bogotá D.C. Bogotá D.C. Colombia +57 13165000-19019
Author
Lizeth Manuela Avellaneda-Torres
Candidata a doctorado en Agroecología
Universidad Nacional de Colombia y Centro Colombiano en Genónmica y Bioinformática en Ambientes Extremos (GEBIX) Avenida Carrera 30 # 45 Bogotá D.C. Bogotá D.C. Colombia +57 13165000-19046

Methodology

Study extent

n/a

Sampling description

Se tomaron muestras de suelos rizosféricos en las Fincas Buenos Aires (3,769 m.s.n.m.), El Edén (3,590 m.s.n.m.) y La Secreta (3,432 m.s.n.m.) en la vereda El Bosque, municipio de Pereira, Risaralda. En cada sitio se evaluaron los usos del suelo: páramo, cultivo de papa (Solanum tuberosum) y ganadería en épocas seca y húmeda. En cada uno de los tipos de uso de suelo se evaluaron tres ventanas de observación, compuestas por 10 submuestras cada una. En total se evaluaron tres usos del suelo por tres fincas por dos épocas por tres ventanas de observación, para un total de 54 muestras. En cada muestra se determinó la abundancia y diversidad de microorganismos fijadores de nitrógeno, solubilizadores de fosfato y celulolíticos.

Quality control

La validación y depuración de la información geográfica, taxonómica y los datos adicionales asociados con las muestras de suelo y los morfotipos aislados fueron incorporados en varios pasos del proyecto como un componente esencial del proceso de digitalización. La identificación de los morfotipos se realizó mediante Basic Local Alignment Search Tool (Altschul et al. 1990, Benson et al. 2000) y Genius PRO 5.1.5. y la confirmación de los nombre científicos de los especímenes se realizó utilizando las bases de datos: NCBI (http://www.ncbi.nlm.nih.gov/), Ribosomal Database Project (http://rdp.cme.msu.edu/) y Catalog of Life (http://www.catalogueoflife.org/). Los departamentos Colombianos fueron codificados teniendo en cuenta la división político administrativa de Colombia suministrada por el Departamento Administrativo Nacional de Estadística - DANE (http://190.25.231.237/dvpbuscar/dvpbuscar.html).

Method Steps

  1. Se realizó el recuento de las unidades formadoras de colonia (UFC) de los microorganismos asociados a los grupos funcionales. Para los microorganismos fijadores de nitrógeno se realizó conteo y aislamiento utilizando el medio selectivo carente de nitrógeno según (Rennie 1981) con modificaciones: 5.0 g manitol; 5.0 g ácido málico; 0.5 mL lactato de sodio (60%, v/v); 0.8 g K2HPO4; 0.2 g KH2PO4; 0.2 g MgSO4.7H2O; 0,06 g CaCl2; 0,1 g NaCl; 0.001g extracto de levadura; 0.0025g Na2MoO4. 2H2O; 0.0024 g Na2EDTA; 0.0018 g FeSO4; 5 ug biotina; 10 ug ácido p-aminobenzoico; 18.0 g, agar; 2.0 ml azul de bromotimol (0.5% en etanol 95%), 1 L de agua destilada, pH 7. Para el conteo y aislamiento de microorganismos solubilizadores de fosfatos se utilizó el medio según Sundara y Sinha (1963) modificado: 0.5 g (NH4)2SO4; 0.2 g KCl; 0.3 g MgSO4.7H2O; 0.004 g MnSO4; 0.002 g FeSO4.7H2O; 0.2 g NaCl; 10 g glucosa; 0.5 g extracto de levadura, 0.1 g purpura de bromocresol; 5.0 g Ca3(PO4)2; 15 g agar; 1 L de agua destilada, pH 7.2. El conteo y aislamiento de los microorganismos celulolíticos se realizó utilizando el medio con carboximetilcelulosa al 1% como única fuente de carbono así: 0.5 g KH2PO4; 0.2 g MgSO4.7H2O; 0.1 g NH4NO3; 0.02 g FeSO4.7H2O; 0.05 g Ca(NO3)2.4H2O; 15 g agar, 10 g CMC, 1 L de agua destilada. Se utilizó pH 7.0 para bacterias y pH 5.0 para hongos con adición de 34 g/L de cloranfenicol. Todos los conteos fueron realizados por triplicado. Para esto se tomaron 10 g de las respectivas muestras de suelo y se suspendieron en 90 ml de solución salina al 0.85 %, se agitaron en vórtex por 10 min. A partir de 100 µl de la suspensión anterior se realizaron diluciones seriadas de 10-1 hasta 10-8. Las bacterias se incubaron a 25 °C durante 48 h y los hongos a temperatura ambiente de durante cinco – siete días. Se realizó conteo de células viables en las placas que contenían entre 30 y 300 UFC. Se realizó aislamiento y purificación de los morfotipos encontrados. Los diferentes morfotipos de bacterias y hongos aislados se caracterizaron macroscópicamente, microscópicamente, y usando marcadores moleculares. Para bacterias se determinó la secuencia del 16S del ADNr de acuerdo a los procedimientos de Lane (1991). Para los hongos se extrajo ADN con base en lo reportado por Melo et al. (2006), GEBIX (2009, 2010) y Płaza et al. (2004) y se usaron iniciadores ITS1 y ITS4 de acuerdo con el procedimiento descrito por Vargas et al. (2008) y GEBIX (2010). Las secuencias se analizaron mediante Basic Local Alignment Search Tool (Altschul et al. 1990, Benson et al. 2000) y utilizando Genius PRO 5.1.5.

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