Ciclo do Nitrogênio

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Profa. Rossanna Pragana
Adaptado de Lambais e Andreote
DTR
2020

Ciclo dos Elementos
C N
P S

Nitrogênio
• Um dos elementos mais abundantes na Terra (N2 –
78% do volume de gás da Troposfera);
• N da atmosfera não está diretamente disponível
(N2);
• Essencial na formação de biomoléculas (proteínas -
enzimas, peptídeos e aminoácidos; áci. nucléicos);
• Deficiência de nitrogênio é provavelmente o
problema nutricional mais comum;
• Diferentes tipos de bactérias utilizam o N do ar, da
água, do solo e de organismos vivos da Terra.
NH4
+
Nitratação Nitritação
Ciclo do Nitrogênio
• Fixação do N-atmosférico com a ajuda 
de procariotos que possuem a enzima 
nitrogenase; 
• São conhecidos como diazotróficos e 
pertencem aos domínios Bacteria e 
Archaea;
• Reduz o N-atmosférico (N2) à amônia (NH3 e NH4
+) - fixação 
biológica do nitrogênio (FBN);
• Devido a grande diversidade, são encontradas em todos os tipos 
de solo, rizosfera e filosfera, águas doces e salgadas;
• A FBN tem um papel fundamental na sustentabilidade dos 
ecossistemas;
• Interações com espécies vegetais simbióticas ou estabelecem 
relações denominadas de associativas.
Fixação 
• As bactérias fixadoras de N que fazem simbiose com 
diferentes espécies vegetais são popularmente 
conhecidas como RIZÓBIOS (ordem Rhizobiales, 
gêneros Bradyrhizobium, Mesorhizobium, 
Rhizobium, entre outros)
• São capazes de formar estruturas hipertróficas (nódulos) nas raízes 
de plantas leguminosas (família Leguminosae), como feijão, ervilha 
e soja. 
• As bactérias fornecem os sais de nitrogênio às plantas e recebem a 
matéria orgânica que foi produzida no processo de fotossíntese.
• A simbiose rizóbio x leguminosa tem grande importância quanto ao 
objetivo de recuperação de áreas degradadas. Em condições 
adversas (solos alcalinos ou ácidos, ou também em condições de 
inundação prolongada, temperaturas elevadas ou secas) existe 
necessidade de inoculação.
Fixação - Simbiótica 
https://www.fcav.unesp.br/Home/departamentos/producaovegetal/everloncidrigobelo3646/interacao-planta-
solo-microrganismo.pdf
https://www.fcav.unesp.br/Home/departamentos/producaovegetal/everloncidrigobelo3646/interacao-planta-solo-
microrganismo.pdf
Proteína
Fixação - Simbiótica 
Fatores que afetam a FBN em leguminosas:
• Populações nativas: competição de espécies 
nativas e ineficientes com eficientes inoculadas;
• Espécie hospedeira: pode ser afetada pelo 
genótipo e idade da planta;
• Temperatura e umidade: temperaturas diurnas de 25ºC a 32ºC 
sejam ótimas para a nodulação;
• pH, deficiência de nutrientes e metais pesados: acidez ou 
alcalinidade, deficiência de P (Fung. micorrízicos arbusculares –
FMAs – produção de ATP) e de Mo, Co e Fe (enz. nitrogenase) ;
• N-mineral: FBN só ocorre em situações de deficiência de N, mas 
necessita deste elemento. 
Fixação - associativa e de 
vida livre 
• A maioria das espécies de bactérias 
diazotróficas é de vida livre e estas ocorrem 
em diferentes habitats, por isto têm uma 
grande influência na sustentabilidade 
ambiental. 
• Também utilizam enzima nitrogenase para a fixação de N, através 
da redução do N-atmosférico à amônia.
• Plantas não leguminosas tem a capacidade de formar associações 
exógena ou endógena com bactérias como: Beijerinkia fluminensis, 
Beijerinkia indica, Azotobacter, Azospirillum sppv, Cianobactériasv, 
entre outras.
• São menos eficientes do que as que interagem com leguminosas, 
entretanto são importantes no equilíbrio dos ecossistemas.
• Uma ampla diversidade de microrganismos 
atuam na matéria orgânica nitrogenada, 
liberando amônia (NH3) no ambiente. 
Amonificação
(Mineralização) 
Bactérias aeróbias, facultativas e anaeróbias estritas
Pseudomonas, Bacillus, Clostridium, etc
Fungos
Alternaria, Aspergillus, Mucor, Penicillium, Rhizopus, etc
Actinomicetos
• A amônia combina-se com a água do solo e 
forma o hidróxido de amônio, que se ioniza 
e produz o íon amônio (NH4
+) e a hidroxila 
(OH-). 
• Ocorre tanto em condições aeróbias quanto nas anaeróbias 
(favorecido - aeróbios, com temperaturas mesófilas, pH neutro a 
ligeiramente ácido ou alcalino).
• Boa disponibilidade de material orgânico biodegradável
Amonificação
(Mineralização) 
NH4
+
transformações inorgânicas imobilização
Relação C/N dos resíduos
N solúvel no solo
Adição de resíduos C/N < 25
Tempo
Atividade microbiana
CO2 evoluído
Atividade microbiana (CO2 evoluído)
N solúvel no solo
Período de diminuição do nitrato
Tempo
Adição de resíduos C/N >25
Relação C/N 
dos resíduos
Relembrando relação C/N
Relação Imobilização (I) / 
Mineralização (M) Disponibilidade
C/N 
>30 I > M Diminuida
(P)
20-30 I = M Inalterada
(I)
<20 I < M Aumentada
(R)
Relembrando relação C/N
Realizada por bactérias 
quimiolitotrófica (nitrificantes), 
que utilizam a energia liberada na nitrificação para sintetizar suas 
substâncias orgânicas;
Nitrificação
Nitratação: oxidação do 
nitrito em nitrato, por 
bactérias dos gêneros 
Nitrobacter
2 NO2
- + O2 → 2 NO3
-
Nitritação: oxidação do 
amônio em nitrito, por 
bactérias dos 
gêneros Nitrosomonas
2NH4
+ + 3O2 → NH2OH → 
2NO2
- + 2H2O + 4 H+
O nitrato liberado é absorvido, utilizado pelas plantas e 
convertido em compostos orgânicos (Assimilação). 
Etapas da nitrificação
Nitrificação
Processo é ainda severamente restritivo devido a pequena 
diversidade de organismos envolvidos;
Temperaturas ótimas para ocorrência da nitrificação estão entre 
30 e 35º C, e o pH ótimo oscila entre 6,6 e 8,0 
Ambiente
Nitritação:
gêneros Nitrosomonas
2NH4
+ + 3O2 → NH2OH → 
2NO2
- + 2H2O + 4 H+
Nitratação:
gêneros Nitrobacter
2 NO2
- + O2 → 2 NO3
-
Consequências
Desnitrificação
• Retorno do N para a atmosfera, através 
da redução de NO3
- a N2.
NO3
-  NO2
-  NO  N2O  N2
• Processo realizado por organismos - bactérias, 
arquéias e eucariotos
• Processo alternativo à respiração oxigênica, e ocorre 
em condições de baixo teor de oxigênio ou anóxicas
(respiração anaeróbia)
Desnitrificação
• Maior causa de perda de nitrogênio do 
solo
• Parte significante desta perda se dá na 
forma de produção de N2O, gás que tem 
enorme potencial de efeito estufa (296 
vezes maior do que o CO2)
• Processo para remover o excesso de 
nitrogênio da água no tratamento de 
esgotos 
Desnitrificação
Solo de textura média, pH 7,8
Cinética da desnitrificação
QUESTÃO AMBIENTAL?????