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Microbiologia do Solo
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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
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
Perfil do solo
Centenas de anos
O solo como hábitat microbiano
Principais fatores que afetam a atividade:
Umidade
Status nutricional
O efeito rizosférico
Rizosfera
Região onde o solo e as raízes das plantas entram em contato
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
Água
livre: poros do solo
adsorvida: ligada aos colóides (argilas)
Gases:
CO2, O2, N2 ...
– composição variável em função dos processos biológicos
Constituintes do solo
Sistemas biológicos:
plantas
animais
Microrganismos: grande diversidade e abundância
Dependendo de: nutrientes umidade aeração temperatura pH interações
Constituintes do solo
Presença de microrganismos nas várias profundidades do solo
Profundidade (cm)
Umidade (%)
Mat. orgânica
(%)
Bactérias (x 106)/g
Fungos (m/g)
0 - 8
18,2
4,4
aeróbias
24
anaeróbias 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
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
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
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
Microrganismos e os ciclos da matéria
•
Terra: quantidade praticamente constante de matéria
Mudanças no estado químico produzindo uma grande diversidade de compostos.
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Ciclo carbono Ciclo nitrogênio Ciclo do enxofre Ciclo do ferro
O ciclo do carbono
% total de carbono na Terra
Principais reservatórios de carbono na Terra
Reservatório	Carbono (gigatons)
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
Transformações bioquímicas do carbono
Fixação do CO2
(CH2O) + H2O
CO2 + 4H
– Plantas
bactérias verdes e púrpuras fotossintetizantes
algas
cianobactérias
bactérias quimiolitróficas
algumas bactérias heterotróficas:
» CH3COCOOH + CO2
ácido pirúvico
HOOCCH2COCOOH
ácido oxaloacético
O mecanismo mais rápido de transferência global do carbono ocorre pelo CO2
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
-glicosidase
Glicose + 6CO2
6CO2 + 6H2O
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
•
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•
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
•
etapas da formação de um nódulo:
reconhecimento: lectinas
disseminação:
citocininascélulas tetraplóides
formação dos bacteróides nas células
leghemoglobina
maturidade: fixação do nitrogênio
senescência do nódulo: deterioração
Transformações bioquímicas do nitrogênio
Rizóbios - Leguminosas
Associação simbiótica rizóbios-leguminosas
Associação simbiótica rizóbios-leguminosas
Redução de acetileno:	medida da capacidade fixadora
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
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)
Transformações bioquímicas do nitrogênio
Utilização 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
Transformações bioquímicas do enxofre
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:
Oxidação do enxofre elementar:
– 2S + 2H2O + 3O2	2H2SO4
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
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
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
Máquina decompositora
MS
MS
MS
MS
MS
Húmus
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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