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Microrganismos do Solo e o Ciclo dos Nutrientes

Disciplina: Ecologia Microbiana. Microrganismos do Solo e o Ciclo dos Nutrientes. Nitrogênio: Principais Formas. O Nitrogênio compõe ~80 % dos gases da atmosfera Está presente em aminoácidos, proteínas, ácidos nucléicos (DNA, RNA), clorofila, etc.

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Microrganismos do Solo e o Ciclo dos Nutrientes

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Presentation Transcript

  1. Disciplina: Ecologia Microbiana Microrganismos do Solo e o Ciclo dos Nutrientes

  2. Nitrogênio: Principais Formas • O Nitrogênio compõe ~80% dos gases da atmosfera • Está presente em aminoácidos, proteínas, ácidos nucléicos (DNA, RNA), clorofila, etc. • Fixação do N2 atmosférico é necessária para que o mesmo possa ser utilizado • Fixação biológica (grande maioria), via queimadas, lava ou via raios, antrópica (Haber-Bosch) N2 + 3H2 ←→ 2NH3 + energia 250 atm 450 oC • Formas quimicamente disponíveis de N: amônio (NH4+), nitrato (NO3-), e uréia [(NH2)2CO)] • Elemento versátil que pode ser encontrado na forma orgânica e inorgânica

  3. Estoque de Nitrogênio no GloboTerrestre • N nalitosfera (rochas, fundooceanos, sedimentos) = 1.1023 g N (98% total) • N na forma gasosa (N2) = 3,9.1021 g N (78% naatmosferaterrestre) • N nabiosfera = 2,8 a 6,5.1021 g N (96% N-org namatériaorgânicamorta e apenas 4% nosorganismosvivos) • Distribuição de N no solo: • - N2 = 11.500 kg ha-1 • - N-orgânico = 7.250 kg ha-1 • - N-NH4+= 10 kg ha-1 • - N-NO3- = 50 kg ha-1 94% nasplantas 4% namicrobiota 2% nosanimais

  4. O Ciclo do Nitrogênio FBN – 175 Milhões ton. / ano Moreira & Siqueira (2006)

  5. Fixação/liberação de N • 5 processos principais ciclam N: • Fixação (biológica ou não) • Absorção (microbiana) • Mineralização (decomposição) • Nitrificação • Desnitrificação • Os microrganismos (notadamente bactérias) têm um papel fundamental na ciclagem do N • Bactérias de vida livre • Bactérias simbióticas

  6. Compartimentos e PrincipaisTransformaçõesBiológicas do N no Solo • Amonificação • Desnitrificação • Nitrificação • Absorção (plantas) • Imobilização NO3- • Imobilização NH4+ • Redução NO3- a NH4+ • Decomposição • Fixação N2 9 2 4 1 6 5 7 3

  7. Fixação Biológica do N Nitrogenase • N2 + 8H+ + 16 ATP + 8 e- 2NH3 + H2 + 16 ADP + 16 Pi • Única forma que os organismos conseguem obter N da atmosfera Habitats - Vida livre (solo, rizosfera, filosfera, água doce ou salgada, etc.) e.g. Azospirillum, Azotobacter, Derxia, Beijerinckia, Bacillus, etc. - Trato intestinal de certos animais (e.g. cupins: Enterobacter) - Associações vegetais: a) Endofíticos (dentro de raízes, caules, folhas, sementes) Ex. Azospirillumspp. (lipoferum, brasiliense, amazonense)etc. b) Endofíticos obrigatórios (Azoarcusspp,Herbaspirillumspp.,Gluconobacter (Acetobacter)) - Simbiose com fungos, diatomáceas e varias espécies vegetais Nostoc & fungos, diatomáceas, Briófitas, Gimnospermas, Angiospermas; Anabaena & Azollaspp. Frankia & espécies de 8 famílias botânicas Rizóbio & Leguminosas

  8. Associação Simbiótica Rizóbio - Leguminosas Nódulos caulinares emSesbaniarostrata por Azorhizobium caulinodans

  9. Colônias em placa Nódulos radiculares Rizóbio fora dos nódulos Bacteróides dentro dos nódulos B Cortesia F.M.S. Moreira (UFLA)

  10. Estimativa da FBN em Leguminosas

  11. Estimativa da FBN em Leguminosas

  12. Absorção do N • NH4+ N orgânico • NH4+ é rapidamente incorporado em proteínas e outros compostos nitrogenados orgânicos pelas plantas ou organismos do solo • Consumidores no topo da cadeia alimentar usam esse nitrogênio fixado

  13. Mineralização do N • N orgânico NH4+ • Decomposição: N orgânico transformado em N inorgânico (NH4+) - actinobacterias, fungos e bactérias modificam o N da MO de NH3+ a NH4+ • Esse NH4+ pode então ser usado por plantas ou transformado a NO2- e NO3- via nitrificação • Rápidaemambientesoxidados • Lentaemambientesreduzidos

  14. Nitrificação Nitrossomonas Nitrobacter • NH4+ NO2-NO3- • NitritaçãoNitratação • Bactérias transformam amônio a nitrato ganhando energia • Ocorre apenas em ambientes aeróbicos • NH4+ se adsorve as partículas de solo com carga negativa • NO3- é lixiviado com redução da fertilidade do solo e contaminação do lençol freático

  15. Fatores Ambientais que Afetam a Nitrificação • Aeração: estritamente aeróbico • Temperatura: ideal = 26 a 32 oC • Umidade: ideal para crescimento microbiano • pH: 7,0 a 7,6 • Fertilizantes: amoniacais em solos alcalinos – inibe • MO e relação C:N: alta – imobilização do N • Fatores tóxicos: metais e substâncias orgânicas

  16. Desnitrificação • NO3-NO2- NO N2O N2 • Processo anaeróbico feito por bactérias desnitrificadoras (Gram – anaeróbicas facultativas) • Thiobacillus, Pseudomonas, Micrococcus • N2O é um gás de efeito estufa • Esta é a única transformação que remove N dos ecossistemas (irreversível) e faz o balanço do ciclo do N

  17. Desnitrificação • Principal via de perda de N (2NO3- + C6H12O6 6CO2 + 6H2O + N2) • Benéfico em termos globais (manutenção da temperatura) • Solos cultivados: perda de 20 a 30% do N aplicado • Fatores que regulam a desnitrificação • pH e temperatura: pH 6 a 8 e 15 a 20 oC • Umidade e aeração = acima de 60% • Teor de NO3- e carbono

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