Características e efeitos de pesticidas (herbicidas, fungicidas e inseticidas) nos microrganismos do solo. Efeito de culturas transgênicas na microbiota do solo. Métodos de remediação. Formas de mitigação dos impactos ambientais causados pelos pesticidas.

1. Efeito dos pesticidas na
microbiota do solo
LSN5805 - Microbiologia e Biotecnologia do Solo
Prof. Dr. Fernando Dini Andreote
Guilherme Lucio Martins
Hélio Danilo Quevedo
Luiz Gustavo Paulon Rezende
Piracicaba – 2019

2. Pesticidas
→ Substância química/mistura ou agente biológico que têm como objetivo:
 Impedir
 Repelir
 Mitigar
 Destruir
Um organismo

3. Podem ser classificados como:
Orgânicos de síntese
↓
Carbamatos (nitrogenados)
Clorados
Fosforados
Clorofosforados
Inorgânicos
↓
À base de:
Arsênio, tálio, bário, nitrogênio,
fósforo, cádmio, ferro, selênio,
chumbo, cobre, mercúrio e zinco.
Botânicos
↓
Nicotina
Piretrina
Sabadina
Rotenona

4. → Não precisam ser necessariamente venenos, mas são quase todos tóxicos ao ser
humano!

5. Relação pesticidas x microrganismos
 Podem ser fonte de nutrientes para um grupo e tóxicos para outro
grupo;
 Causam morte, alteram taxa de crescimento e modificam processos
metabólicos;
 Promovem adaptações, aumentando sua degradação;
 São influenciados por processos de sorção e dessorção no solo:
- Quantidade na solução, disponibilidade e degrabilidade;
 São dependentes de reações químicas e metabólicas:
- Oxidação, hidrólise, desalquilação;
 Desidrogenase (indicadora de degradação e fornecimento de energia
pela MO) é mais inibida por inseticidas > fungicidas > herbicidas

6. Efeito positivo na microbiota
Pesticida Solo Microrganismo Resultado Referência
Sulfentrazone Solo de milho
Bactérias e
actinomicetos
Aumento da população
Martinez et al.
(2008)
Diuron Solo arenosos
Bactérias
heterotróficas
Aumento do número de
heterotróficos
Cycon e
Piotrowska-Seget
(2009)
Carbofuran Solo de arroz
Bactérias
diazotróficas
Aumento na população
fixadores de N
Jena et al. (1987)
Glifosato Solo de pinheiros Bactérias
Estimulou o crescimento
em altas doses
Ratcliff et al.
(2006)
Mancozeb
Solo franco-
siltoso
Bactérias
Aumentou a atividade de
fosfatase, protease e
amidase
Rasool e Reshi
(2010)
Clorpirifós Solo de pomar Fungos e bactérias
Em doses baixas aumentou
atividade de degradação
Wang et al. (2010)

7. Efeito neutro na microbiota
Pesticida Solo Microrganismo Resultado Referência
Propanil
Solo beterraba
açucareira
Bactérias
Sem alterações na
microbiota por
DGGE
Crecchio et al.
(2001)
Fenitrothion Solo pastagem Fungos e bactérias
Sem alterações nas
doses
recomendadas
Cycon e Piotrowska-
Seget (2009)
Mesotriona Chernossolo pousio Bactérias
Sem resposta na
comunidade
microbiana
Crouzet et al. (2010)
Captan e Glifosato
Sedimentos de água
doce
Fungos e bactérias
Sem efeitos a nível
de comunidade
Widenfalk et al.
(2008)

8. Efeito negativo na microbiota
Pesticida Microrganismo Solo Resultado Referência
Mancozeb Bactérias Solo franco-siltoso
Diminuiu a atividade
da urease e
asparaginase
Rasool e Rishi
(2010)
Thiram Fungos e bactérias Solo pastagem
Diminuiu a diversidade
na concentração de
200 mg kg-1
Cycon e Piotrowska-
Seget (2009)
Propiconazole Fungos e bactérias
Solo de
vermicompostagem
Diminuiu a atividade
de fosfatase, urease e
desidrogenase
Johnsen et al.
(2001)
Metamidofós Bactérias Solo orgânico
Diminuição na riqueza
de espécies, alterou a
estrutura da
comunidade
Wang et al. (2008)

9. Fatores que afetam a degradação
Degradação
microbiana
Temperatura
Tipo da
molécula
Concentraçã
o da
molécula
Tipo de solo
Água
Matéria
orgânica
Comunidade
microbiana
Disponibili-
dade de O2

10. Pesticidas nos microrganismos
Baixa degradação
Ligações Cl
Anéis aromáticos
Inibição enzimas
Insolubilidade
Alta adsorção
Toxidez excessiva
Alta degradação
Adaptação
Diversidade
microbiana
Ativação de
enzimas
Solubilidade
Baixa adsorção
Baixa toxidez

11. Figura: Representação da magnitude e reversibilidade das respostas dos organismos e processos à aplicação
de xenobióticos. Resposta relativa e absoluta (ex. CO2 acumulativo) em função do tempo. (Edwards, 1989.)
Crítico: > 60 dias
Tolerável: 30-60 dias
Negligível: < 30 dias
Tempo

12. Biopesticidas
• Incluídos entre as técnicas alternativas para alterar e
diminuir o impacto do uso de pesticidas químicos
Resistência de plantas
a pragas
conservação de
inimigos naturais
controle de pragas
/insetos
MIP

13.  Biopesticida:
Uso do potencial biotecnológico das funções dos organismos
Biocontrole Organismos Biotecnologia
 Plantas
 Animais
 Bactérias
 Vírus
São substâncias produzidas através de um
agente biológico que tem como objetivo
controlar determinada praga

14.  Biopesticidas
Pesticidas Vegetais: Rotenona, Piretrina, Azadiractina;
Tratam-se de inseticidas que degradam rapidamente
Alguns microrganismos produzem toxinas
específicas e biodegradáveis que podem ser
utilizadas como pesticidas biológicos

15. Biopesticidas
• Óleo de Nim (Azadirachta indica)
• ↓ População rizosférica
• ↓ Nodulação Feijão moyashi

16. Biopesticidas
• Bactéria (Bacillum Thuringiensis (BT);
Se alimenta da
planta
Toxina incorporada
BT
Morte do Inseto

17. Biorremediação
A biorremediação utiliza um arsenal já disponível de pools
de genes degradadores de pesticidas que codificam uma série de
enzimas como oxigenases, hidroxilases, hidrolases e isomerases
em populações microbianas vanguardas de solos
Processo pelo qual enzimas de organismos vivos (eg.
microrganismos, plantas) são utilizados para reduzir ou
remover - remediar - contaminações no ambiente.

18. Biorremediação
• Versatilidade metabólica:
• Podem desenvolver novos mecanismos
para a degradação de xenobióticos.
• DBO: Demanda Bioquímica por O2
• ↑ DBO: material de difícil degradação
Ex: Compostos inorgânicos e metais pesados
• ↓ DBO: material facilmente
biodegradável
Ex: Compostos orgânicos

19. Biorremediação: In Situ
Método Princípio e prática Vantagem Desvantagem
Atenuação natural
Degradação de poluentes
por microrganismos
nativos, sem estimulação
Perturbação mínima,
custo mínimo
Remediação lenta, requer
monitoramento constante,
altamente imprevisível
Bioventilação
Para solos insaturados,
bombeamento de gás no
solo para estimular a
atividade de degradação
dos organismos
Não requer escavação,
remediação em solos
profundos e em menor
tempo
Heterogeneidade dos solos
pode afetar a eficiência do
processo
Barreira biológica
Barreiras permeáveis são
instaladas para impedir o
avanço de áreas
contaminadas
Previne o espalhamento
de áreas contaminadas
Limitação pela
profundidade da área
contaminada
Fitorremediação
Usar plantas e a rizosfera
para degradar os
contaminantes
Menor custo comparado
com outros métodos,
método ambientalmente
correto
Mais utilizado para metais
pesados do que
contaminantes orgânicos,
limitado a contaminações
rasas

20. Biorremediação: Ex Situ
Método Princípio e prática Vantagem Desvantagem
Landfarming
Solos contaminados são
escavados, misturados e
espalhados em um ambiente
controlado para degradar o
contaminante
Rápida remediação
devido ao maior controle
das propriedades física,
química e biológica do
solo
Maior custo e requer
espaço para espalhar
todo o solo contaminado
Compostagem
Biodegradação dos
contaminantes por
microrganismos termofílicos
Requer menos espaço e
atenção do que
landfarming
Atividade microbiana
desuniforme dentro das
pilhas, dependência de
organismos termofílicos
Biorreatores
Solo contaminado é
escavado e tratado em
reatores onde condições
físico-químicas são
otimizadas
Ótimo índice de
remediação, controle
total das condições,
resultados consistentes
Método mais caro,
tamanho do reator se
torna um fator limitante

21. Biorremediação
 Estimular atividade Microbiana;
 Biochar:
• Condicionador de Solo;
• Carbono via Pirólise;
• Promotor de cresc. de plantas.

22. Biorremediação
O Biochar também modifica a comunidade bacteriana do
solo modulando o pH do solo, a matéria orgânica dissolvida e
os níveis de nitrogênio e fósforo, o que influencia ainda mais a
biodegradação do Pesticida

24. Efeito de transgênicos na microbiota
• Reduzem o uso de herbicidas em 11-30%;
• Produzem substâncias antimicrobianas que
afetam os microrganismos da rizosfera;
• Efeitos na ciclagem de nutrientes;
• Transferência de genes resistentes para
bactérias.
• Arroz transgênico: redução na colonização
das raízes

25. Efeito de transgênicos na microbiota
• T4-lisozima: Tomate, batata e tabaco para
controle de doenças de solo;
• Afetou os organismos benéficos
• Glifosato: Soja, milho, beterraba
• ↑ Atividade microbiana
• ↑ Incidência patógenos
• Glufosinato:
• ↓ Atividade antimicrobiana
• Efeitos negativos em rizóbios, formação de
nódulos e fixação de N

26. Nova geração de pesticidas
• Orgânicos e nanopesticidas
• Inibidores de quitina
• Feromônios
• Dinitroanilinas
• Novas formulações
• A base de água
• Microcápsulas
• Dispersível em água
• Granulados solúveis

27. Nova geração de pesticidas
• Pesticidas orgânicos
• ↓ Resistência cruzada
• Capsaicinoides
• Controle de insetos e ácaros em HF
• Nanoencapsulamento
• Nano-inseticidas
• Nano-herbicidas
Nanotubos de aluminosilicatos

28. Estratégias para aplicação de pesticidas
Volatilização
Lixiviação
Hidrólise
Fotólise
Adsorção
Fórmula
Concentração
Aplicações
Condições climáticas
Alvo: 0,1%
aplicação

29. Estratégias para aplicação de pesticidas

30. Estratégias para aplicação de pesticidas

31. Estratégias para aplicação de pesticidas
WeedSeeker 2

32. Conclusões
• O material celular dos microrganismos mortos servem de substrato
para os sobreviventes e invasores, que proliferam-se
abundantemente;
• Os resíduos de pesticidas podem servir como fonte de carbono,
energia e nutrientes para os sobreviventes;
• Os produtos promovem modificações físicas e químicas no solo,
favorecendo a proliferação microbiana após o período de ação do
pesticida.