Microbiologia aplicada aula12 solo

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Microbiologia aplicada aula12 solo

  1. 1. Microbiologi a aPlicaDa CEMAL- Meio Ambiente -Turma 0113 Prof.: Msc.Amanda Fraga Disciplina: Microbiologia Aplicada
  2. 2. Microbiologia do Solo
  3. 3. 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 Introdução
  4. 4. Perfil do solo 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 Centenas de anos
  5. 5. O solo como hábitat microbiano Principais fatores que afetam a atividade: - Umidade - Status nutricional
  6. 6. O efeito rizosférico Rizosfera Região onde o solo e as raízes das plantas entram em contato
  7. 7. • 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 Constituintes do solo
  8. 8. • Água – livre: poros do solo – adsorvida: ligada aos colóides (argilas) • Gases: CO2, O2, N2 ... – composição variável em função dos processos biológicos Constituintes do solo
  9. 9. • Sistemas biológicos: – plantas – animais – Microrganismos: grande diversidade e abundância Dependendo de: nutrientes umidade aeração temperatura pH interações Constituintes do solo
  10. 10. 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
  11. 11. • 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 A microbiota do solo Streptomyces
  12. 12. • 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 A microbiota do solo
  13. 13. • 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, ... A microbiota do solo
  14. 14. 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
  15. 15. 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
  16. 16. Transformações bioquímicas do carbono • 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 O mecanismo mais rápido de transferência global do carbono ocorre pelo CO2
  17. 17. 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 β-glicosidase Glicose + 6CO2 6CO2 + 6H2O
  18. 18. 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
  19. 19. • Fixação simbiótica: 60-600 Kg/ha.ano • 90% pelas leguminosas • Economia em fertilizantes nitrogenados • Associações simbióticas fixadoras: – Anabaena - Azolla – Frankia - Alnus – Rizóbios - Leguminosas Transformações bioquímicas do nitrogênio • Fixação do nitrogênio atmosférico N2 NH3 aminoácidos
  20. 20. • 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 Transformações bioquímicas do nitrogênio Rizóbios - Leguminosas
  21. 21. Associação simbiótica rizóbios-leguminosas
  22. 22. Associação simbiótica rizóbios-leguminosas
  23. 23. Redução de acetileno: medida da capacidade fixadora
  24. 24. • Proteólise: Proteínas Peptídeos  Aminoácidos Transformações bioquímicas do nitrogênio • Amonificação (desaminação) – CH3-CHNH2-COOH + ½O2  CH3-CO-COOH + NH3 » alanina ác. pirúvico amônia » A amônia é rapidamente reciclada, mas uma parte volatiliza
  25. 25. 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)
  26. 26. Utilização do nitrato: • Redução assimilatória: plantas e microrganismos – NO3 - + 8e- + 9H+  NH3 + 3H2O Transformações bioquímicas do nitrogênio • 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
  27. 27. Transformações bioquímicas do enxofre • Oxidação do enxofre elementar: – 2S + 2H2O + 3O2 2H2SO4 2H+ + SO4 = – ex. Thiobacillus thioxidans • O S0 também pode ser reduzido pela respiração anaeróbia 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:
  28. 28. 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
  29. 29. 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
  30. 30. 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
  31. 31. Máquina decompositora Húmus MS MS MS MS MS Decomposição de restos vegetais no solo: máquina decompositora operada pelos microrganismos (Siqueira & Franco, 1988) Microrganismo operário MS Nitrogênio Carbono Fósforo Potássio Cálcio Magnésio Ferro Enxofre Manganês Cobre outros Resíduos orgânicos

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