Microbiologia do solo

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Microbiologia do solo

  1. 1. VISITE E CONHEÇA MEU BLOG WWW.GEOGRAFIADOBEM.BLOGSPOT.COMMicrobiologia do Solo
  2. 2. IntroduçãoSolo: 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
  3. 3. 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 orgânicosPerfil do solo Centenas de anos
  4. 4. O solo como hábitat microbiano Principais fatores que afetam a atividade: - Umidade - Status nutricional
  5. 5. RizosferaRegião onde o solo e as raízes das plantas entram em contato O efeito rizosférico
  6. 6. 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
  7. 7. Constituintes do solo• Água – livre: poros do solo – adsorvida: ligada aos colóides (argilas)• Gases: CO2, O2, N2 ... – composição variável em função dos processos biológicos
  8. 8. Constituintes do solo• Sistemas biológicos: – plantas – animais – Microrganismos: grande diversidade e abundância Dependendo de: nutrientes umidade aeração temperatura pH interações
  9. 9. Presença de microrganismos nas várias profundidades do soloProfundidade 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
  10. 10. 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
  11. 11. 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
  12. 12. 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, ...
  13. 13. 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
  14. 14. O ciclo do carbonoPrincipais reservatórios de carbono na TerraReservatório Carbono (gigatons) % total de carbono na TerraOceanos 38 x 103 (>95% C inorgânico) 0,05Rochas e sedimentos 75 x 106 (>80% C inorgânico) > 99,5Biosfera terrestre 2 x 103 0,003Biosfera aquática 1-2 0,000002Combustíveis fósseis 4,2 x 103 0,006Hidratos de metano 104 0,014
  15. 15. Transformações bioquímicas do carbonoO 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
  16. 16. 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) celulasesCelobiose 2 glicose β-glicosidaseGlicose + 6CO2 6CO2 + 6H2O
  17. 17. Transformações bioquímicas do nitrogênioO N é encontrado em vários estados de oxidação (-3 a +5)O nitrogênio gasoso corresponde a forma mais estável, assim a atmosfera é omaior 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
  18. 18. 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
  19. 19. 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
  20. 20. Associação simbiótica rizóbios-leguminosas
  21. 21. Associação simbiótica rizóbios-leguminosas
  22. 22. Redução de acetileno: medida da capacidade fixadora
  23. 23. 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
  24. 24. Transformações bioquímicas do nitrogênioNitrificação: - produção de nitrato - Solos bem drenados e pH neutroEmbora seja rapidamente utilizado pelas plantas, também pode serlixiviado 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)
  25. 25. Transformações bioquímicas do nitrogênioUtilização 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
  26. 26. Transformações bioquímicas do enxofreAs 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. Thiobacillus thioxidans • O S0 também pode ser reduzido pela respiração anaeróbia
  27. 27. 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
  28. 28. 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
  29. 29. Transformações bioquímicas do ferroUm dos elementos mais abundantesNaturalmente encontrado em apenas dois estados de oxidaçãoO O2 é o único aceptorde elétrons que podeoxidar o ferro Fe2+, eem pH neutro. Comum em solos alagados e pântanosEm condições ácidasocorre o crescimentode acidófilos oxidantesdo ferro.Precipitação de depósitosmarrons de ferro
  30. 30. MS MS Resíduos Máquina orgânicos decompositora Nitrogênio Carbono MS MS Fósforo MS Potássio Cálcio Magnésio Ferro Enxofre Manganês Microrganismo Cobre operário outros MS HúmusDecomposição de restos vegetais no solo: máquina decompositoraoperada pelos microrganismos (Siqueira & Franco, 1988)

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