O documento discute a fixação biológica do nitrogênio, incluindo fixação simbiótica em nódulos de raízes de leguminosas e fixação associativa por bactérias. A fixação simbiótica envolve a infecção da raiz pela bactéria rizóbio, formação de nódulos e conversão do N2 em NH3 pela enzima nitrogenase dentro de bacteroides nos nódulos. A fixação associativa ocorre por bactérias como cianobactérias e bactérias endofíticas que

1. MICROBIOLOGIA AGRÍCOLA
AULA 05 – FIXAÇÃO BIOLÓGICA DE NITROGÊNIO
Prof. Dr. Giovani de Oliveira Arieira
UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO – UFMT
FACULDADE DE AGRONOMIA E ZOOTECNIA – FAAZ
DEPARTAMENTO DE FITOTECNIA E FITOSSANIDADE - DFF

2. IMPORTÂNCIA E FUNÇÕES DO NITROGÊNIO

3. FIXAÇÃO
CICLO DO NITROGÊNIO

4. N2  NH3
 Fixação Natural (descargas elétricas)
Fixação Artificial (industrial)
Fixação simbiótica
Fixação não-simbiótica (associativa)
FIXAÇÃO DO NITROGÊNIO

5. SÍNTESE DE HABER-BOSCH
Fritz Harber e Carl Bosch
Elevadas temperatura (acima de 450°C) e
pressão (acima de 200 atm)
Nitrogênio  Amônia

6. DESCARGAS ELÉTRICAS
Hidroxilas (OH¯
) + H + O⁺ ¯
Interação com o N2
Ácido nítrico (HNO3)

7. Microrganismos que fazem associação simbiótica as raízes de plantas
leguminosas (SIMBIÓTICA)
• Nitrogênio proveniente da forma N2  Nitrificação
Microrganismos do solo e da água (ASSOCIATIVA) :
• Nitrogênio da Matéria Orgânica  Amonificação + Nitrificação
FIXAÇÃO BIOLÓGICA DO NITROGÊNIO (FBN)

8. FIXAÇÃO BIOLÓGICA DO NITROGÊNIO (FBN)
FBN
Simbiótica
FBN
Associativa

9. FIXAÇÃO SIMBIÓTICA DO NITROGÊNIO
1. Infecção
2. Dano no pelo radicular
(encurvamento)
3. Formação do cordão de
infecção
4. Divisão celular e formação
do nódulo (hipertrofia
celular)

10. FIXAÇÃO SIMBIÓTICA DO NITROGÊNIO
 1. INFECÇÃO
Sinais químicos  flavonoides

11. FIXAÇÃO SIMBIÓTICA DO NITROGÊNIO
 2. DANO NO PELO RADICULAR
Enrolamento do pelo radicular
Fator NOD  reconhecimento bactéria-planta  indução da divisão
celular bacteriana no córtex radicular

12. FIXAÇÃO SIMBIÓTICA DO NITROGÊNIO
 3. FORMAÇÃO DO CANAL DE INFECÇÃO
Degradação da parede celular

13. FIXAÇÃO SIMBIÓTICA DO NITROGÊNIO
 3. FORMAÇÃO DO CANAL DE INFECÇÃO
Multiplicação bacteriana intensa nas células do córtex

14. FIXAÇÃO SIMBIÓTICA DO NITROGÊNIO
 4. FORMAÇÃO DO NÓDULO
Liberação bacteriana no córtex e estímulo à divisão bacteriana

15. FIXAÇÃO SIMBIÓTICA DO NITROGÊNIO
 4. FORMAÇÃO DO NÓDULO
Formação de novos tecidos  diferenciação em bacteroides  nódulos
maduros (HIPERPLASIA)

16. FIXAÇÃO SIMBIÓTICA DO NITROGÊNIO

17. FIXAÇÃO SIMBIÓTICA DO NITROGÊNIO
Efeito rizosfera
Encurvamento
do pelo
radicular
Formação do
nódulo

18. FIXAÇÃO SIMBIÓTICA DO NITROGÊNIO
Rizóbio no solo envolto por uma cápsula de exopolissacarídeo, que protege a célula
contra a dessecação. Também facilita a aderência à superfície da raiz

19. FIXAÇÃO SIMBIÓTICA DO NITROGÊNIO
Células de Rhizobium trifolii aderidas à superfície da ponta da raiz de trevo

20. FIXAÇÃO SIMBIÓTICA DO NITROGÊNIO
Rhizobium trifolii aderidos à superfície da raiz de trevo. Formação de uma rede de
microfibrilas (celulose/exopolissacarídeos)

21. FIXAÇÃO SIMBIÓTICA DO NITROGÊNIO
Sem inoculaçãoSem inoculação InoculadaInoculada

22. FIXAÇÃO SIMBIÓTICA DO NITROGÊNIO
Bradyrhizobium japonicum
Rhizobium leguminosarum
Controle Rhizobium meliloti

23. FIXAÇÃO SIMBIÓTICA DO NITROGÊNIO
A.A. Microcolônia de rizóbios e curvamento do pêlo radicular 4 dias após a inoculação deMicrocolônia de rizóbios e curvamento do pêlo radicular 4 dias após a inoculação de Medicago truncatulaMedicago truncatula
B.B. Microcolônia de rizóbios e cordão de infecção 7 dias após a inoculação deMicrocolônia de rizóbios e cordão de infecção 7 dias após a inoculação de Medicago truncatulaMedicago truncatula..

24. FIXAÇÃO SIMBIÓTICA DO NITROGÊNIO
Microscopia de varredura de uma célula infectada de Vicia faba, mostrando
bacteroides alongados (Sprent, 1979)

25. FIXAÇÃO SIMBIÓTICA DO NITROGÊNIO
Microscopia eletrônica de transmissão de células de Glycine max
contendo bacterodies ativos

26. FIXAÇÃO SIMBIÓTICA DO NITROGÊNIO

27. FIXAÇÃO SIMBIÓTICA DO NITROGÊNIO
Nódulos
caulinares
Nódulos
radiculares

28. FIXAÇÃO SIMBIÓTICA DO NITROGÊNIO
Raízes de soja noduladas por
Bradyrhizobium japonicum
Raízes de trevo noduladas por
Rhizobiumsp.

29. FIXAÇÃO SIMBIÓTICA DO NITROGÊNIO

30. FIXAÇÃO SIMBIÓTICA DO NITROGÊNIO
Inoculado
Não inoculado

31. FIXAÇÃO SIMBIÓTICA DO NITROGÊNIO

32. FIXAÇÃO SIMBIÓTICA DO NITROGÊNIO
N N
ATP, Mg
2NH3 + H2N2 + 8e + 8H+
NITROGENASE
Reação de redução do N2 pela nitrogenase

33. FIXAÇÃO SIMBIÓTICA DO NITROGÊNIO
NITROGENASE
•2 subunidades (domínios)
 Fe: coleta de força (ATP)
 Fe-Mo: sítio de ligação do substrato
•Tipos independentes do Mo
 Vanádio no lugar do Mo
 Apenas Fe

34. FIXAÇÃO SIMBIÓTICA DO NITROGÊNIO

35. FIXAÇÃO SIMBIÓTICA DO NITROGÊNIO
Nitrogenase é sensível ao oxigênio – dificuldade de purificação
Aporte de elétrons e ATPs
• Presença de leghemoglobina
• Produção de exopolissacarídeos
Controle dos níveis de Oxigênio

36. FIXAÇÃO SIMBIÓTICA DO NITROGÊNIO
Controle dos níveis de Oxigênio

37. FIXAÇÃO SIMBIÓTICA DO NITROGÊNIO
Controle dos níveis de Oxigênio

38. FIXAÇÃO SIMBIÓTICA DO NITROGÊNIO
Controle dos níveis de Oxigênio

39. FIXAÇÃO SIMBIÓTICA DO NITROGÊNIO

40. FIXAÇÃO SIMBIÓTICA DO NITROGÊNIO

41. FIXAÇÃO ASSOCIATIVA DO NITROGÊNIO
 Filo do domínio Bacteria
 Organismos fixadores de N e C
 Presença ou não de heterócito
 Baixo O2 devido a respiração acelerada  espessamento da
parede celular
Fixação temporal em espécies não-heterocitadas
Cianobactérias

42. FIXAÇÃO ASSOCIATIVA DO NITROGÊNIO
Cianobactérias

43. FIXAÇÃO ASSOCIATIVA DO NITROGÊNIO
Cianobactérias
Associação entre Anabaena sp. (cianobactéria) e Azolla sp. (planta)

44. FIXAÇÃO ASSOCIATIVA DO NITROGÊNIO
Cianobactérias
Associação entre Anabaena sp. (cianobactéria) e Azolla sp. (planta) em arroz

45. FIXAÇÃO ASSOCIATIVA DO NITROGÊNIO
 Bactérias endofíticas da rizosfera
Alta relação C/N da rizosfera
Ambiente de menor disponibilidade de O2
FBN em gramíneas – Bactérias Diazotróficas

46. FIXAÇÃO ASSOCIATIVA DO NITROGÊNIO
FBN em gramíneas – Bactérias Diazotróficas
 Colonizam tecidos internos das plantas
 Organismos inter e intra-celulares
 Colonizam as plantas de maneira assimbiótica
 Alguns capazes de fixar nitrogênio

47. FIXAÇÃO ASSOCIATIVA DO NITROGÊNIO
FBN em gramíneas – Bactérias Diazotróficas
Gluconacetobacter diazotrophicus
Herbaspirillum seropedicae
Herbaspirillum rubrisubalbicans
Azospirillum amazonense
Burkholderia tropica

48. FIXAÇÃO ASSOCIATIVA DO NITROGÊNIO
FBN em gramíneas – Bactérias Diazotróficas

49. FIXAÇÃO ASSOCIATIVA DO NITROGÊNIO
FBN em gramíneas – Bactérias Diazotróficas

50. FIXAÇÃO ASSOCIATIVA DO NITROGÊNIO
FBN em gramíneas – Bactérias Diazotróficas

51. RESUMO DA AULA
• Ciclo do Nitrogênio
• Fixação do N2
• FBN
• Tipos
• Processos de associação envolvidos
• Processos metabólicos envolvidos
• Importância

52. goarieira@gmail.com
www.slideshare.net/giovaniarieira