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Microbiologia do Solo. Introdução. Solo : maior reservatório de microrganismos do planeta direta ou indiretamente recebe todos os dejetos dos seres vivos local de transformação da matéria orgânica em substâncias nutritivas com grande abundância e diversidade de microrganismos

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Presentation Transcript
introdu o
Introdução

Solo: maior reservatório de microrganismos do planeta

      • direta ou indiretamente recebe todos os dejetos dos seres vivos
      • local de transformação da matéria orgânica em substâncias nutritivas
  • com grande abundância e diversidade de microrganismos
  • 1 hectare de solo pode conter até 4 tons de microrganismos
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Definição:

    • Em agricultura e geologia, solo é a camada que recobre as rochas, sendo constituído de proporções e tipos variáveis de minerais de húmus

Solos minerais

Solos orgânicos

Perfil do solo

Centenas de anos

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O solo como hábitat microbiano

Principais fatores que afetam a atividade:

- Umidade

- Status nutricional

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Rizosfera

Região onde o solo e as raízes das plantas entram em contato

O efeito rizosférico

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Constituintes do solo

  • Minerais:
    • sílica (SiO2), Fe, Al, Ca,Mg, K
    • P, S, Mn, Na, N ...
  • Matéria orgânica: origem vegetal, animal e microbiana
    • insolúvel (húmus): melhora a estrutura, libera nutrientes
      • efeito tampão, retenção de água
    • solúvel: produtos da degradação de polímeros complexos:
      • Açúcares, fenóis, aminoácidos
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Constituintes do solo

  • Água
    • livre: poros do solo
    • adsorvida: ligada aos colóides (argilas)
  • Gases:
  • CO2, O2, N2 ...
    • composição variável em função dos processos biológicos
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Constituintes do solo

  • Sistemas biológicos:
    • plantas
    • animais
    • Microrganismos: grande diversidade e abundância
  • Dependendo de:
    • nutrientes
    • umidade
    • aeração
    • temperatura
    • pH
    • interações
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Presença de microrganismos nas várias profundidades do solo

Profundidade Umidade Mat. orgânica Bactérias Fungos

(cm) (%) (%) (x 106)/g (m/g)

aeróbias anaeróbias

0 - 8 18,2 4,4 24 2,7 280

8- 20 10,0 1,5 3,1 0,4 43

20-40 11,5 0,5 1,9 0,4 0

40-60 13,5 0,6 0,9 0,04 0

60-80 7,9 0,4 0,7 0,03 0

80-100 5,3 0,4 0,15 0,01 0

Fonte: Lindegreen & Jensen, 1973

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A microbiota do solo

  • Bactérias:
    • grupo mais numeroso e mais diversificado

3 x 106 a 5 x 108 por g de solo seco

      • limitações impostas pelas discrepâncias entre técnicas
      • heterotróficos são mais facilmente detectados

Gêneros mais freqüentes:

      • Bacillus, Clostridium, Arthrobacter, Pseudomonas, Nocardia,Streptomyces,Micromonospora, Rizóbios
      • Cianobactérias: pioneiras, fixação de N2

Streptomyces

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A microbiota do solo

  • Fungos:
    • 5 x 103 - 9 x 105 por g de solo seco
    • limitados à superfície do solo
    • favorecidos em solos ácidos
    • ativos decompositores de tecidos vegetais
    • melhoram a estrutura física do solo

Gêneros mais freqüentes:

      • Penicillium, Mucor, Rhizopus, Fusarium, Aspergillus, Trichoderma
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A microbiota do solo

  • Algas
    • 103 - 5 x 105 por g de solo seco
    • abundantes na superfície
    • acumulação de matéria orgânica: solos nus, erodidos
  • Protozoários e vírus
    • - equilíbrio das populações
    • - predadores de bactérias
    • - parasitas de bactérias, fungos, plantas, ...
microrganismos e os ciclos da mat ria
Microrganismos e os ciclos da matéria
  • Terra: quantidade praticamente constante de matéria

Mudanças no estado químico produzindo uma grande diversidade de compostos.

  • Ciclo carbono
  • Ciclo nitrogênio
  • Ciclo do enxofre
  • Ciclo do ferro
o ciclo do carbono
O ciclo do carbono

Principais reservatórios de carbono na Terra

Reservatório Carbono (gigatons) % total de carbono na Terra

Oceanos 38 x 103 (>95% C inorgânico) 0,05

Rochas e sedimentos 75 x 106 (>80% C inorgânico) > 99,5

Biosfera terrestre 2 x 103 0,003

Biosfera aquática 1-2 0,000002

Combustíveis fósseis 4,2 x 103 0,006

Hidratos de metano 104 0,014

transforma es bioqu micas do carbono
Transformações bioquímicas do carbono

O mecanismo mais rápido de transferência global do carbono ocorre pelo CO2

  • Fixação do CO2
      • CO2 + 4H (CH2O) + H2O
        • Plantas
        • bactérias verdes e púrpuras fotossintetizantes
        • algas
        • cianobactérias
        • bactérias quimiolitróficas
        • algumas bactérias heterotróficas:
          • CH3COCOOH + CO2 HOOCCH2COCOOH

ácido pirúvico ácido oxaloacético

transforma es bioqu micas do carbono17
Transformações bioquímicas do carbono
  • Degradação de substâncias orgânicas complexas
      • celulose (40-50% dos tecidos vegetais)
      • hemiceluloses (10-30% dos tecidos vegetais)
      • lignina (20-30%)

Celulose celobiose (n moléculas)

celulases

Celobiose 2 glicose

-glicosidase

Glicose + 6CO2 6CO2 + 6H2O

transforma es bioqu micas do nitrog nio
Transformações bioquímicas do nitrogênio

O N é encontrado em vários estados de oxidação (-3 a +5)

O nitrogênio gasoso corresponde a forma mais estável, assim a atmosfera é o maior reservatório (contrário do carbono)

  • - A alta energia para quebra de N2 indica que o processo demanda energia.
  • Relativamente, um número pequeno de microrganismos é capaz disso
  • - Em diversos ambientes, a produtividade é limitada pelo suprimento de N.
  • - Importância ecológica e econômica envolvida na fixação
transforma es bioqu micas do nitrog nio20
Transformações bioquímicas do nitrogênio
  • Fixação do nitrogênio atmosférico
  • N2 NH3 aminoácidos
  • Fixação simbiótica: 60-600 Kg/ha.ano
  • 90% pelas leguminosas
  • Economia em fertilizantes nitrogenados
  • Associações simbióticas fixadoras:
    • Anabaena - Azolla
    • Frankia - Alnus
    • Rizóbios - Leguminosas
transforma es bioqu micas do nitrog nio21
Transformações bioquímicas do nitrogênio
  • Rizóbios - Leguminosas
  • etapas da formação de um nódulo:
    • reconhecimento: lectinas
    • disseminação:
      • citocininas células tetraplóides
    • formação dos bacteróides nas células
    • leghemoglobina
    • maturidade: fixação do nitrogênio
    • senescência do nódulo: deterioração
transforma es bioqu micas do nitrog nio25
Transformações bioquímicas do nitrogênio
  • Proteólise:

Proteínas Peptídeos  Aminoácidos

  • Amonificação (desaminação)
        • CH3-CHNH2-COOH + ½O2  CH3-CO-COOH + NH3
          • alanina ác. pirúvico amônia
          • A amônia é rapidamente reciclada, mas uma parte volatiliza
transforma es bioqu micas do nitrog nio26
Transformações bioquímicas do nitrogênio
  • Nitrificação: - produção de nitrato
  • - Solos bem drenados e pH neutro
  • Embora seja rapidamente utilizado pelas plantas, também pode ser lixiviado quando chove muito (muito solúvel).
  • Uso de inibidores da nitrificação na agricultura
  • - Etapas:
      • Nitritação: oxidação de amônia a nitrito
          • 2NH3+ 3O2 2HNO2 + 2H2O
        • (Nitrosomonas, Nitrosovibrio, Nitrosococcus, Nitrosospira, Nitrosolobus)
        • Nitratação: oxidação de nitrito a nitrato
          • NO2- + ½O2  NO3-
          • (Nitrobacter, Nitrospina, Nitrococcus, Nitrospira)
transforma es bioqu micas do nitrog nio27
Transformações bioquímicas do nitrogênio

Utilização do nitrato:

  • Redução assimilatória: plantas e microrganismos
        • NO3- + 8e- + 9H+  NH3 + 3H2O
      • Desnitrificação: ocorre em condições de anaerobiose como aceptor de elétrons.
      • redução de nitratos a N2 (nitrogênio atmosférico)
        • 2NO3  2NO2  2NO  N2O  N2
  • (Agrobacterium, Alcaligenes, Thiobacillus, Bacillus etc.)
  • - Como o N2 é menos facilmente utilizado que o nitrato como fonte de N, esse processo é prejudicial pois remove o N fixado no ambiente.
  • - Por outro lado, é importante no tratamento de efluentes
transforma es bioqu micas do enxofre
Transformações bioquímicas do enxofre
  • As transformações do enxofre são ainda mais complexas que do nitrogênio:
  • Devido à variedade de estados de oxidação (-2 a +6) (S-orgânico a sulfato)
  • Porém, apenas 3 estados de oxidação se encontram em quantidade significativas na natureza (-2, 0, +6)
  • Alguns componentes do ciclo:
  • Oxidação do enxofre elementar:
    • 2S + 2H2O + 3O2 2H2SO4

2H+ + SO4=

    • ex. Thiobacillusthioxidans
    • O S0 também pode ser reduzido pela respiração anaeróbia
transforma es bioqu micas do enxofre29
Transformações bioquímicas do enxofre
    • Degradação (oxid/red) de comp. orgânicos sulfurados:
        • cisteína + H2O ácido pirúvico + NH3 + H2S
  • Utilização dos sulfatos:
    • plantas
    • microrganismos
      • S é incorporado a aminoácidos:
          • cistina
          • cisteína
          • metionina
transforma es bioqu micas do enxofre30
Transformações bioquímicas do enxofre
  • Redução de sulfatos (por bactérias amplamente distribuídas na natureza)
    • anaerobiose
      • CaSO4 + 8H H2S + Ca(OH)2 + 2H2O
          • Desulfovibrio

- Necessidade da presença de compostos orgânicos (doadores de e-)

  • Oxidação de sulfato
    • bactérias fototróficas
      • CO2 + 2H2S (CH2O) + H2O + 2S
          • enzimas/luz
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Transformações bioquímicas do ferro

Um dos elementos mais abundantes

Naturalmente encontrado em apenas dois estados de oxidação

O O2 é o único aceptor de elétrons que pode oxidar o ferro Fe2+,e em pH neutro.

Em condições ácidas ocorre o crescimento de acidófilos oxidantes do ferro.

Comum em solos alagados e pântanos

Precipitação de depósitos marrons de ferro