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MICROBIOLOGIA DOS SOLOS A Faculdade Multivix está presente de norte a sul do Estado do Espírito Santo, com unidades presenciais em Cachoeiro de Itapemirim, Cariacica, Castelo, Nova Venécia, São Mateus, Serra, Vila Velha e Vitória, e com a Educação a Distância presente em todo estado do Espírito Santo, e com polos distribuídos por todo o país. Desde 1999 atua no mercado capixaba, destacando-se pela oferta de cursos de graduação, técnico, pós-graduação e extensão, com qualidade nas quatro áreas do conhecimento: Agrárias, Exatas, Humanas e Saúde, sempre primando pela qualidade de seu ensino e pela formação de profissionais com consciência cidadã para o mercado de trabalho. Atualmente, a Multivix está entre o seleto grupo de Instituições de Ensino Superior que possuem conceito de excelência junto ao Ministério da Educação (MEC). Das 2109 instituições avaliadas no Brasil, apenas 15% conquistaram notas 4 e 5, que são consideradas conceitos de excelência em ensino. Estes resultados acadêmicos colocam todas as unidades da Multivix entre as melhores do Estado do Espírito Santo e entre as 50 melhores do país. MISSÃO Formar profissionais com consciência cidadã para o mercado de trabalho, com elevado padrão de quali- dade, sempre mantendo a credibilidade, segurança e modernidade, visando à satisfação dos clientes e colaboradores. VISÃO Ser uma Instituição de Ensino Superior reconhecida nacionalmente como referência em qualidade educacional. R E I TO R GRUPO MULTIVIX R E I 2 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 3 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 BIBLIOTECA MULTIVIX (Dados de publicação na fonte) Laís de Carvalho Vicente Microbiologia dos Solos /VICENTE, Laís de Carvalho - Multivix, 2023 Catalogação: Biblioteca Central Multivix 2023 • Proibida a reprodução total ou parcial. Os infratores serão processados na forma da lei. 4 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 LISTA DE QUADROS UNIDADE 3 Fases do processo de decomposição dos resíduos orgânicos 59 UNIDADE 4 Processos e mecanismos de transformações que regulam o ciclo do C 80 UNIDADE 6 Técnicas, produtos e/ou processos resultantes da biotecnologia 130 5 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 LISTA DE FIGURAS UNIDADE 1 Solos 15 Disponibilização de nutrientes em função do pH do solo 20 Célula procariótica 22 Morfologias das células bacterianas 23 Célula eucarionte e suas organelas 25 Célula vegetal (à esquerda) e célula animal (à direita) 27 Comparação entre os tamanhos de diferentes vírus e células 28 Vírion – nu e envelopado 29 Bacteriófago 30 UNIDADE 2 Cupim à esquerda e o protozoário à direita 35 Detalhes do fungo Rhizoctonia solani 38 Resumos das interações entre os organismos 39 Demonstração das curvas de distribuição das populações microbianas 40 Rizosfera 42 Zonas da rizosfera 44 Retroalimentação 45 Interação de causa-efeito 45 Agregados do solo 46 Interação de causa-efeito 47 Exemplo de mineralização e imobilização 49 UNIDADE 3 Matéria orgânica 55 Dinâmica da matéria orgânica do solo 56 Folhas de árvores em decomposição 58 Formigas 60 Besouro 60 6 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 Minhoca 61 Fungos 61 Cadeia trófica dos organismos decompositores 62 Ilustração da participação dos organismos do solo na formação do húmus 64 Composição média dos solos 66 Decomposição de resíduos vegetais 67 Vegetação nativa versus pasto 69 UNIDADE 4 Ciclo do carbono na biosfera 79 Balanço entre as entradas e saídas de C do solo 80 Ciclo do fósforo 82 Pedra de apatita 83 Ciclo do nitrogênio 86 Ciclo das transformações biológicas do nitrogênio 87 Fórmula da redução de N2 a NH3 pela FBN 89 Enzima nitrogenase 90 Nódulos em planta hospedeira 91 Destaque para uma planta e as partes que a compõem 93 Plantação de soja 94 UNIDADE 5 Raiz de cafeeiro associado com fungo micorrízico 101 Fóssil de fungo micorrízico em associação com uma planta vascular 103 Resposta de crescimento de gramíneas em resposta à micorrização 105 Influência dos fungos micorrízicos na disponibilização do fósforo para as plantas 105 Esquema de ectomicorriza 107 Endomicorriza (ou micorriza arbuscular) 109 Colonização das micorrizas arbusculares intercelular (A) e intracelular (B) 110 Arbúsculos 111 Esporos 112 Vesículas 112 7 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 Proposta de classificação taxonômica - Walker e Schüβler (2010) 114 Proposta de classificação taxonômica – Oehl e colaboradores (2011) 115 Influência das hifas na formação dos agregados do solo 116 Componentes do sistema fungo-planta-solo e suas relações 118 Componentes do sistema fungo-planta-solo e suas relações 119 UNIDADE 6 Principais áreas da biotecnologia 124 Disciplinas (A), técnicas (B) e produtos (C) da ciência denominada como biotecnologia 125 Van Leeuwenhoek (primeira imagem) e Louis Pasteur (última imagem) – descoberta dos microrganismos e da participação deles na fermentação 127 Gregor Mendel (à esquerda) e Alexander Fleming (à direita) 128 DNA de fita dupla 129 Exemplo da prática de cultura de tecidos 133 Biotecnologia 135 Mecanismo de transferência dos genes 138 Representação da contaminação dos recursos naturais 140 Agroquímicos 140 8 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 SUMÁRIO APRESENTAÇÃO DA DISCIPLINA 10 1 CONHECENDO OS MICRORGANISMOS DO SOLO 12 1.1 NATUREZA, DIVERSIDADE E INFLUÊNCIA DO MEIO 12 1.2 FATORES QUE AFETAM OS ORGANISMOS DO SOLO 18 1.3 CLASSIFICAÇÃO DOS MICRORGANISMOS 21 2 ECOLOGIA E ATIVIDADE MICROBIANA 34 2.1 INTERAÇÕES ENTRE OS ORGANISMOS DO SOLO 34 2.2 INTERAÇÕES DOS ORGANISMOS COM O SOLO 42 3 CONHECENDO A MATÉRIA ORGÂNICA E A RELAÇÃO COM OS MICROR- GANISMOS DO SOLO 54 3.1 DINÂMICA E MANUTENÇÃO DA MO 56 3.2 DECOMPOSIÇÃO E MINERALIZAÇÃO DA MO 58 3.3 FRAÇÕES HÚMICAS E NÃO HUMIFICADAS 62 3.4 BIOMASSA MICROBIANA: A PORÇÃO VIVA DA MO 65 4 CICLOS DOS ELEMENTOS: ENTENDENDO COMO OCORREM E QUAL A PARTICIPAÇÃO DOS ORGANISMOS DO SOLO 76 4.1 CICLOS BIOGEOQUÍMICOS DOS ELEMENTOS 76 4.2 FIXAÇÃO BIOLÓGICA DO NITROGÊNIO (FBN) 88 5 MICORRIZAS 100 5.1 CONHECENDO AS MICORRIZAS 100 5.2 MICORRIZAS ARBUSCULARES 110 6 BIOTECNOLOGIA: VISÃO GERAL E APLICADA A SUSTENTABILIDADE DOS SISTEMAS AGRÍCOLAS 123 6.1. CONHECENDO A BIOTECNOLOGIA: UMA VISÃO GERAL 123 6.2. BIOTECNOLOGIA APLICADA A PROTEÇÃO DE PLANTAS E PROMOÇÃO DA AGRICULTURA SUSTENTÁVEL 132 1UNIDADE 2UNIDADE 3UNIDADE 4UNIDADE 5UNIDADE 6UNIDADE 9 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 ATENÇÃO PARA SABER SAIBA MAIS ONDE PESQUISAR DICAS LEITURA COMPLEMENTAR GLOSSÁRIO ATIVIDADES DE APRENDIZAGEM CURIOSIDADES QUESTÕES ÁUDIOSMÍDIAS INTEGRADAS ANOTAÇÕES EXEMPLOS CITAÇÕES DOWNLOADS ICONOGRAFIA 10 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 APRESENTAÇÃO DA DISCIPLINA O estudo da microbiologia dos solos vem se tornando cada vez mais impor- tante ao longo dos anos, pois já é sabida a grande relevância dos microrganis- mos no ambiente edáfico. De forma geral, esses organismos apresentam papéis fundamentais no solo, por exemplo: na decomposição do material orgânico e, consequentemente, no input de carbono no sistema; na proteção das espécies vegetais cultivadas; e na constituição da matéria orgânica. No entanto, paraa manutenção da diversidade dos microrganismos, fato tão importante para a qualidade do solo, precisamos entender como os diferen- tes fatores abióticos — tais como pH, temperatura, água etc. — interferem na atividade microbiana. Além disso, precisamos compreender como ocorrem as interações no solo e quais são os papéis desses organismos em outras ca- racterísticas edáficas — propriedades físicas e químicas, por exemplo. É por isso que o estudo da microbiologia dos solos é relevante tanto para questões relacionadas à qualidade do solo quanto para a qualidade ambien- tal e a promoção de uma agricultura sustentável, mantendo a diversidade e a atividade dos microrganismos do solo. UNIDADE 1 OBJETIVO Ao final desta unidade, esperamos que possa: 11 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS > Refletir sobre a importância dos microrganismos do solo. >Compreender a natureza e a diversidade dos microrganismos. > Identificar os fatores do meio que afetam os microrganismos do solo. > Explicar sobre as formas de classificação dos microrganismos do solo. 12 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS 1 CONHECENDO OS MICRORGANISMOS DO SOLO INTRODUÇÃO DA UNIDADE Esta unidade tratará sobre a natureza, a diversidade e a influência do meio sobre os microrganismos do solo. Nesse contexto, será possível discutir sobre a diversidade de microrganismos que existem no ambiente edáfico, uma vez que podem apresentar diferentes tamanhos (macro, meso e microfauna), pa- péis e distribuições espaciais no solo (variável ao longo do perfil). No entanto, uma questão similar entre eles são os fatores do meio que os afetam direta- mente, por exemplo: a atmosfera, a temperatura, a água, o pH, o potencial redox, as fontes nutricionais e a matéria orgânica do solo. Além disso, esta unidade também irá tratar da classificação dos organismos e de como a biologia deles contribui para que sejam classificados em diferen- tes grupos, a saber: procariotos, eucariotos e os vírus. 1.1 NATUREZA, DIVERSIDADE E INFLUÊNCIA DO MEIO 1.1.1 NATUREZA E DIVERSIDADE O ambiente edáfico é conhecido por hospedar uma ampla gama de micror- ganismos e, por isso, é considerado um reservatório biológico da biosfera (CARDOSO; ANDREOTE, 2016). Nesse cenário, fica claro que esse ambiente apresenta uma vida muito abundante e diversa. Em uma pesquisa realizada por Torsvik, GoksØyr e Daae (2009), os pesquisa- dores concluíram que nos solos analisados havia, aproximadamente, 10 mil espécies de bactérias por grama de solo. 13 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 Em 2015, a Organização das Nações Unidas (ONU), visando conscientizar sobre a importância da conservação dos solos e da manutenção dessa fauna, realizou uma campanha que informava que há mais organismos em uma colher de solo do que pessoas na Terra. Há mais organismos em uma colher de solo saudável do que pessoas na Terra Fonte: Programa Solos na Escola/USP (2022). #pratodosverem: ilustração de uma colher com solo e uma lupa, dando ênfase nos microrganismos presentes no solo. Ao lado, há o planeta Terra. 14 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS Além da quantidade, esses organismos são muito diversos, podendo ser des- de bactérias e fungos (biomassa microbiana) até organismos maiores (fauna do solo), tais como os insetos em geral, as minhocas e os nematoides (BRADY; WEIL, 2013). Para saber mais sobre os microrganismos do solo e sua importância, assista ao vídeo da Epagri, disponível em: https://www.youtube.com/ watch?v=ScH9KJSqEEw. Acesso em: 10 fev. 2022. De acordo com Reis Júnior e Mendes (2007, p. 9), a biomassa microbiana é: [...] constituída por fungos, bactérias e actinomicetos que atuam em processos que vão desde a formação do solo até a decomposição de resíduos orgânicos, ciclagem de nutrientes, biorremediação de áreas contaminadas por poluentes, entre outros. No geral, a fauna do solo pode ser classificada, de acordo com o seu tamanho, em: macrofauna, mesofauna e microfauna. Veja, a seguir, algumas características/funções de cada tipo de fauna (CAR- DOSO; ANDREOTE, 2016). Macrofauna São os organismos de maior tamanho (> 4 mm), conhecidos como os engenheiros do ecossistema. Estão mais relacionados com a degradação inicial de materiais orgânicos, pois contribuem para a trituração. Exemplos: caracóis, lesmas, minhocas, cupins, grilos, formigas, centopeias, entre outros. Mesofauna São os organismos de tamanho intermediário (0,2-4 mm), que apresentam funções similares aos organismos de tamanho macro. Exemplos: ácaros e colêmbolos. https://www.youtube.com/watch?v=ScH9KJSqEEw https://www.youtube.com/watch?v=ScH9KJSqEEw 15 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 Microfauna São os organismos de menor tamanho (<0,2 mm). Apresentam muitas funções no solo, como síntese de estruturas, disponibilização de nutrientes e manutenção da estrutura do solo. Exemplos: protozoários e nematoides. Toda essa variedade e abundância são vitais para as funcionalidades do am- biente edáfico, visto que os diferentes organismos apresentam diferentes ca- racterísticas, tanto de fisiologia quanto de ecologia, o que favorece e garante o bom funcionamento dos processos do solo. SOLOS Fonte: Plataforma Deduca (2023). #pratodosverem: imagem de um solo sendo revirado por uma pá. 16 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS 1.1.2 DISTRIBUIÇÃO NO SOLO A distribuição dos organismos do solo está diretamente relacionada aos regi- mes alimentares e ao papel que desempenham no sistema. A seguir, veremos como os organismos podem ser classificados de acordo com esses fatores. REGIME ALIMENTAR Segundo Ceretta e Aita (2008, p. 29), [...] pelo hábito alimentar é possível avaliar as relações existentes entre os diferentes organismos e estimar sua influência nas características do solo. Frequentemente os organismos apresentam regimes alimentares mistos, porém existem também aqueles organismos com estreita especialização alimentar. Nesse contexto, podemos classificá-los em: Saprófagos Alimentam-se de materiais como restos orgânicos ou da matéria orgânica já em estado de decomposição. Como exemplos temos as minhocas e os colêmbolos. Fitófagos Alimentam-se de materiais como tecidos vegetais vivos ou a seiva deles. Seiva é o fluido orgânico aquoso que circula nos tecidos. Por exemplo, os nematoides, que podem ser benéficos ou maléficos as espécies vegetais. Necrófagos Alimentam-se de materiais mortos, como de animais, a exemplo das formigas. 17 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 Coprófagos Alimentam-se de fezes ou outros excrementos de animais. Como exemplo temos os coleópteros, que são insetos maiores, como os besouros. Predadores Alimentam-se apenas de animais vivos (o oposto dos necrófagos), a exemplo das aranhas. PAPEL NO ECOSSISTEMA Considerando o seu papel no ecossistema, os organismos podem ser classifi- cados em: Epigeicos São responsáveis por fragmentar os materiais orgânicos que ingerem. Com isso, são fundamentais para a decomposição da matéria orgânica do solo. Assim, contribuem também para a disponibilização dos nutrientes no solo. Nesse cenário, esses organismos vivem e estão em maior número na superfície do solo, visto que é o local onde está a maior concentração dos materiais orgânicos. Por exemplo: as formigas, pequenos artrópodes (como besouros e aranhas) e mariposas. Anegeicos São responsáveispor criar galerias no solo, que contribuem para a movimentação de outros organismos e a estruturação do solo. Além disso, esses organismos contribuem no transporte dos materiais orgânicos para diferentes ambientes, visto que eles se movimentam e estão presentes tanto em camadas mais superficiais quanto em subsuperficiais. Esse transporte dos materiais altera a cinética da decomposição e a distribuição espacial, favorecendo a entrada de carbono nas diferentes camadas do solo. Como exemplo clássico, temos as minhocas. A grande quantidade desses organismos no solo pode interferir na sua qualidade. 18 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS Endogeicos São responsáveis pela macroagregação do solo, pela produção de pellets fecais, que contribuem para aglutinar as partículas do solo. Ao construírem pequenas galerias e se movimentarem, esses organismos contribuem para a formação dos agregados do solo. Sendo assim, são fundamentais para as propriedades físicas, como a estrutura. Por exemplo: minhocas menores e cupins. Como é possível perceber, a grande maioria dos organismos está presente nos primeiros centímetros do perfil do solo. Isso é explicado devido à maior concentração de material orgânico, que é a base alimentar desses organis- mos (CARDOSO; ANDREOTE, 2016). 1.2 FATORES QUE AFETAM OS ORGANISMOS DO SOLO A diversidade de microrganismos no solo está diretamente relacionada a di- ferentes fatores do meio. De acordo com Leite e Araújo (2007), Carvalho (2010), Cardoso e Andreote (2016) e Reis e Santos (2016), esses fatores são: ATMOSFERA A atmosfera do solo consiste na quantidade de oxigênio e gás carbônico presentes, considerando tanto a composição quanto a disponibilização desses gases para os organismos. A taxa de entrada e difusão desses gases é variável, o que tende a possibilitar ambientes diferentes, tais como: • os anaeróbicos (sem oxigênio); • microaeróbicos (pequena quantidade de oxigênio); e • aeróbicos (com presença de oxigênio em quantidades satisfatórias). Sendo assim, a depender das condições da atmosfera do solo, apenas os organismos adaptados a tais condições vão conseguir se manter e desenvolver. Por exemplo, em condições de ausência de oxigênio, apenas seres unicelulares conseguem sobreviver, como as bactérias. 19 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 TEMPERATURA A temperatura do solo influencia diretamente os processos metabólicos dos organismos do solo. Ou seja, cada organismo apresenta uma temperatura considerada como ótima para seu crescimento, desenvolvimento e multiplicação. Nesse cenário, os organismos do solo podem ser classificados, a depender da temperatura ótima para se manter vivo e se multiplicar, como: Psicrófilos: são os organismos que apresentam como temperatura ótima menos de 20 ºC. Mesófilos: são os organismos que apresentam como temperatura ótima entre 20 °C e 40 °C. Termófilos: são os organismos que apresentam como temperatura ótima mais de 40 ºC. Hipertermófilos: são os organismos que apresentam como temperatura ótima mais de 60 ºC. No entanto, apenas alguns se enquadram nessa categoria. ÁGUA A água é considerada um elemento essencial para a vida na Terra. Por isso, apresenta influência direta na atividade dos organismos do solo, contribuindo para: • a movimentação dos nutrientes no solo (seja por lixiviação ou por difusão); • a mobilidade dos organismos; e • as alterações na temperatura do solo. 20 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS pH Apresenta influência nas comunidades microbianas, visto que afeta de forma direta a disponibilização dos nutrientes no solo. DISPONIBILIZAÇÃO DE NUTRIENTES EM FUNÇÃO DO PH DO SOLO Fonte: Cardoso e Andreote (2016, p. 29). #pratodosverem: gráfico que mostra a relação da disponibilidade de nutrientes pelo pH do solo. Alguns elementos ficam disponíveis apenas em uma determinada faixa de pH, que varia entre 5,5-6,5 (como o fósforo, o nitrogênio, o boro), enquanto outros tendem a apresentar picos de disponibilidade com pH mais alto (como o molibdênio e o cloro). Essa variabilidade de pH e nutrientes disponíveis vão influenciar na microbiota do solo. Por exemplo, solos que apresentam valores baixos de pH vão apresentar predominância de arqueias (ou arqueobactérias), que oxidam amônia. 21 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 FONTES NUTRICIONAIS E MATÉRIA ORGÂNICA DO SOLO Elementos ou nutrientes minerais que são essenciais para a vida dos organismos, tais como o nitrogênio, o fósforo, o potássio, o ferro, o zinco, dentre outros, são constituintes essenciais para o metabolismo microbiano. Uma importante fonte desses nutrientes é a matéria orgânica do solo. No geral, são esses fatores que permitem o desenvolvimento dos microrga- nismos e também a estruturação da comunidade microbiana edáfica. Sendo assim, o entendimento deles contribui para compreender a distribuição e di- versidade dos organismos no solo. 1.3 CLASSIFICAÇÃO DOS MICRORGANISMOS 1.3.1 PROCARIOTOS Os organismos procariotos são aqueles que apresentam uma única célula, ou seja, são classificados como unicelulares. Essa célula procariótica é considera- da como a mais simples, apresentando características bem definidas, como ausência de compartimentalização e mitose (CERETTA; AITA, 2008; CARVA- LHO, 2010). Mitose é um tipo de divisão celular que ocorre apenas em células eucarióticas, pois é responsável pela formação de células-filhas em organismos multicelulares. 22 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS A ausência de compartimentalização indica que as estruturas internas que compõem a célula não são circundadas. Normalmente, apenas a membrana citoplasmática está presente na célula (CERETTA; AITA, 2008). CÉLULA PROCARIÓTICA Fonte: Ceretta e Aita (2008, p. 10). #pratodosverem: esquema de uma célula de procarioto com indicação do que a compõe. Um exemplo de organismo procarioto são as bactérias, incluindo as cianobac- térias nas suas mais diferentes morfologias. Segundo Ceretta e Aita (2008), as bactérias que existem atualmente no nosso planeta são os parentes mais pró- ximos dos primeiros organismos que existiram na face da Terra. 23 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MORFOLOGIAS DAS CÉLULAS BACTERIANAS Fonte: Revista FAPESP/SP (2019). #pratodosverem: exemplos das diferentes morfologias bacterianas. Outras características muito marcantes dos organismos procariotos, como as bactérias, são: • A presença de cromossomo único, que é o DNA característico com dupla hélice, que não é envolto por nenhuma membrana. • A presença de peptideoglicano (um amido-açúcar, também conhecido como mureína) na parede celular, que não é encontrado nas células eucarióticas (CERETTA; AITA, 2008; BOUZON; GARGIONI; OURIQUES, 2010). 24 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS A parede celular das bactérias pode apresentar uma ou mais camadas do peptideoglicano. Com isso, é possível dividir as bactérias em dois grupos, que são as bactérias gram-positivas e as gram- negativas. Essa separação é possível graças ao método de coloração de Gram. No geral, as células gram-positivas apresentam diversas camadas de peptideoglicano, enquanto as gram-negativas apresentam uma ou poucas camadas. Além das características citadas anteriormente, outra importante que contri- bui para a diferenciação entre as células procariotas e as células eucariotas é a presença do ribossomo do tipo 70S. Normalmente,esses cromossomos são menores, quando comparados com os presentes nas células eucariotas (CE- RETTA; AITA, 2008). 1.3.2 EUCARIOTOS Os organismos eucariotos são multicelulares e as células são denominadas células eucariontes, que são muito maiores e mais evoluídas do que as proca- riontes (BOUZON; GARGIONI; OURIQUES, 2010). 25 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 CÉLULA EUCARIONTE E SUAS ORGANELAS Fonte: Bouzon, Gargioni e Ouriques (2010, p. 30 apud COOPER, 2001, p.34). #pratodosverem: célula eucarionte com destaque para as organelas. No geral, a organização interna da célula eucarionte é complexa, apresen- tando duas partes bem definidas, que são (BOUZON; GARGIONI; OURIQUES, 2010): Citoplasma Consiste no fluido dentro da célula que circunda o núcleo celular e é delimitado pela membrana plasmática. Núcleo Consiste no compartimento delimitado pelo envoltório nuclear. Nele, além da presença do núcleo delimitado, há diversas outras organelas que são muito características, tais como retículo endoplasmático, complexo de Golgi, cloroplastos e mitocôndrias. 26 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS Para saber mais sobre essas estruturas celulares e seus componentes, leia o artigo da Embrapa (2007), disponível em: http://www.cnpt.embrapa.br/biblio/ do/p_do85_2.htm. Acesso em: 10 fev. 2023. Essas células eucariontes podem ser encontradas em fungos, protozoários, plantas e também animais (CERETTA; AITA, 2008; CARVALHO, 2010). E de for- ma geral, esses seres vivos apresentam células com aspectos morfológicos e mecanismos de replicação similares. No entanto, é importante destacar que as células eucariontes não são todas iguais. Há algumas especificidades, por exemplo, as células vegetais com relação às células animais. As células vegetais apresentam parede celular rica em celulose e lignina, como também organelas como vacúolo e cloroplastos. Esses últimos são as organelas ricas em clorofila, que estão relacionadas à realização de fotossínte- se (BOUZON; GARGIONI; OURIQUES, 2010). Retome o conteúdo apresentado, analise e compare as imagens referentes às células procariontes e eucariontes. Destaque o que você verifica de diferente entre elas. Além disso, as células vegetais apresentam dois tipos de parece celular, que são a primária e a secundária. Estas apresentam diferentes composições com relação aos teores de celulose, hemicelulose e lignina (BOUZON; GARGIONI; OURIQUES, 2010; CARVALHO, 2010). http://www.cnpt.embrapa.br/biblio/do/p_do85_2.htm http://www.cnpt.embrapa.br/biblio/do/p_do85_2.htm 27 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 CÉLULA VEGETAL (À ESQUERDA) E CÉLULA ANIMAL (À DIREITA) Fonte: Bouzon, Gargioni e Ouriques (2010, p. 30 apud COOPER, 2001, p. 34). #pratodosverem: célula vegetal e animal lado a lado. No entanto, apesar de algumas diferenças pontuais, de uma forma geral, as principais características das células eucariontes são: • apresenta estruturas delimitadas pelas membranas; • apresenta o núcleo celular; • realiza mitose; e • apresenta ribossomo do tipo 80S. 1.3.3 VÍRUS Os vírus são uma classe diferenciada, pois não possuem células, ou seja, eles são classificados como acelulares. Sendo assim, é possível perceber que eles não apresentam a maquinaria complexa para fazer funcionar seu metabolis- mo e o seu programa genético. Mas, afinal, como eles fazem? A resposta para essa pergunta é muito simples: eles precisam das células hospedeiras (BOU- ZON; GARGIONI; OURIQUES, 2010, 2010). 28 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS Segundo Nogueira e Silva Filho (2015, p. 91), [...] a palavra vírus vem do latim e significa “veneno”. Isso mesmo. Veneno. Será que os vírus são veneno? Por que eles têm esse estranho nome? quando as pessoas não conseguiam associar uma determinada enfermidade com as bactérias ou outros seres vivos, logo diziam que o agente causador era um veneno. Foi então que surgiu a expressão: “veneno”, ficando até os dias de hoje. No geral, os vírus apresentam tamanhos entre 10-100 vezes menores que as bactérias, com tamanhos médios variando entre 20-300 nm. Sendo assim, eles só podem ser vistos com a utilização de microscópios eletrônicos (NO- GUEIRA; SILVA FILHO, 2015). COMPARAÇÃO ENTRE OS TAMANHOS DE DIFERENTES VÍRUS E CÉLULAS Fonte: Nogueira e Silva Filho (2015, p. 94). #pratodosverem: estruturas de vírus e células para comparação de tamanho entre eles. 29 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 Bacteriófago é um tipo de vírus que ataca bactérias. No geral, os vírus apresentam uma estrutura que consiste em uma capa de proteína (denominada capsídeo, formada por capsômeros) na qual contém o seu material genético (que pode ser DNA ou RNA). Essa estrutura básica do vírus é denominada vírion, que consiste na partícula viral total ou completa. O vírion, por sua vez, pode ser nu ou envelopado (NOGUEIRA; SILVA FILHO, 2015). VÍRION – NU E ENVELOPADO Fonte: UFRGS (2020). #pratodosverem: duas estruturas dos vírus, sendo um com envelope e outra sem. 30 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS Além dos exemplos de vírions citados, há também os vírus denominados bac- teriófagos (também chamados apenas de fagos), que são os vírus que infec- tam as bactérias (BOUZON; GARGIONI; OURIQUES, 2010). BACTERIÓFAGO Fonte: Bouzon, Gargioni e Ouriques (2010, p. 21). #pratodosverem: tipo de vírus que infecta as bactérias, com suas estruturas indicadas. Logo, podemos entender que todos os vírus são considerados parasitas ce- lulares obrigatórios, pois eles só conseguem viver e se replicar no interior de células vivas. No entanto, para que seja possível, o vírus deve conter as infor- mações necessárias para conseguir programar e utilizar a célula hospedeira infectada. Por isso que nem todos os vírus infectam plantas, animais ou humanos. Há uma seletividade com relação a isso, devido às próprias características virais (BOUZON; GARGIONI; OURIQUES, 2010; NOGUEIRA; SILVA FILHO, 2015). 31 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 CONCLUSÃO Esta unidade teve por objetivo apresentar os conhecimentos básicos e fun- damentais sobre os organismos do solo, trazendo informações pertinentes e necessárias sobre sua natureza, diversidade e distribuição no solo. Além disso, foram abordados os fatores que afetam esses organismos no am- biente edáfico, de forma que foi possível compreender como esses fatores (pH, água, temperatura, atmosfera e nutrientes) afetam e interferem direta- mente no desenvolvimento e na multiplicação desses seres que são tão fun- damentais para a qualidade do solo. E tudo isso entendendo a biologia celular dos principais organismos que ha- bitam os solos, tais como os seres procariotos (bactérias, por exemplo, que compõem a biomassa microbiana) e os eucariotos (como os fungos e os in- setos). 32 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MATERIAL COMPLEMENTAR ALVES, P. R. L. et al. Contribuição da fauna do solo para os serviços ambientais. In: PARRON, L. M.; GARCIA, J. R.; OLIVEIRA, E. B. de; BROWN, G. G.; PRADO, R. B. (ed.). Serviços ambientais em sistemas agrícolas e florestais do Bioma Mata Atlântica. Brasília, DF: Embrapa, 2015. Disponível em: https://www.alice.cnptia.embrapa.br/bitstream/doc/1128021/1/final9207.pdf. Acesso em: 10 fev. 2023. AQUINO, A. M.; CORREIA, M. E. F. Invertebrados edáficose o seu papel nos processos do solo. Seropédica: Embrapa, 2005. 28p. Embrapa Agrobiologia, Documentos 201. Disponível em: https:// www.infoteca.cnptia.embrapa.br/bitstream/doc/626880/1/doc201.pdf. Acesso em: 10 fev. 2023. BARETTA, D. et al. Fauna edáfica e qualidade do solo. Tópicos Ci. Solo, [S. l.], v. 7, p. 119-170, 2011. Disponível em: https://www.researchgate.net/profile/Mauricio-Alves/publication/267333227_FAU- NA_EDAFICA_E_QUALIDADE_DO_SOLO/links/544c197f0cf2bcc9b1d6c3e2/FAUNA-EDAFICA-E- -QUALIDADE-DO-SOLO.pdf. Acesso em: 10 fev. 2023. RENNER, L. M. A importância da fauna do solo. SB Rural, UDESC, [S. l.], ano 9, n. 205, 2017. Disponí- vel em: https://www.udesc.br/arquivos/ceo/id_cpmenu/1043/rural_205_15236482339303_1043.pdf. Acesso em: 10 fev. 2023. TOMA, M. A. et al. Macrofauna. Lavras: Ed. Ufla, 2017. 32p. v. 2. (Conhecendo a vida do solo). Dispo- nível em: https://www.researchgate.net/publication/330135176_Conhecendo_a_vida_do_solo_Ma- cro_fauna_V2. Acesso em: 10 fev. 2023. https://www.alice.cnptia.embrapa.br/bitstream/doc/1128021/1/final9207.pdf https://www.infoteca.cnptia.embrapa.br/bitstream/doc/626880/1/doc201.pdf https://www.infoteca.cnptia.embrapa.br/bitstream/doc/626880/1/doc201.pdf https://www.researchgate.net/profile/Mauricio-Alves/publication/267333227_FAUNA_EDAFICA_E_QUALIDADE_DO_SOLO/links/544c197f0cf2bcc9b1d6c3e2/FAUNA-EDAFICA-E-QUALIDADE-DO-SOLO.pdf https://www.researchgate.net/profile/Mauricio-Alves/publication/267333227_FAUNA_EDAFICA_E_QUALIDADE_DO_SOLO/links/544c197f0cf2bcc9b1d6c3e2/FAUNA-EDAFICA-E-QUALIDADE-DO-SOLO.pdf https://www.researchgate.net/profile/Mauricio-Alves/publication/267333227_FAUNA_EDAFICA_E_QUALIDADE_DO_SOLO/links/544c197f0cf2bcc9b1d6c3e2/FAUNA-EDAFICA-E-QUALIDADE-DO-SOLO.pdf https://www.udesc.br/arquivos/ceo/id_cpmenu/1043/rural_205_15236482339303_1043.pdf https://www.researchgate.net/publication/330135176_Conhecendo_a_vida_do_solo_Macro_fauna_V2 https://www.researchgate.net/publication/330135176_Conhecendo_a_vida_do_solo_Macro_fauna_V2 UNIDADE 2 OBJETIVO Ao final desta unidade, esperamos que possa: 33 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS > Compreender as interações positivas e negativas entre os microrganismos do solo e entender sua estrutura organizacional no solo. > Identificar os tipos de interações entre os microrganismos e o solo que influenciam diretamente na estrutura e na fertilidade. 34 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS 2 ECOLOGIA E ATIVIDADE MICROBIANA INTRODUÇÃO DA UNIDADE Esta unidade abordará as interações que ocorrem entre os organismos do solo, que podem ser divididas em dois grupos: interações positivas e intera- ções negativas. As interações positivas são aquelas nas quais um dos orga- nismos envolvidos se beneficia, enquanto para o outro a interação pode ser benéfica ou neutra. Já as interações negativas são aquelas nas quais um or- ganismo se beneficia em detrimento do outro. Nesse cenário, conhecer essa dinâmica de interações é importante para entendermos como funciona a es- trutura organizacional desses organismos no ambiente edáfico. Além dessas interações entre os organismos, há ainda sua interação com o solo e as plantas. Nesta unidade, você também vai aprender sobre o ambien- te no qual essa interação (organismo-solo-planta) ocorre de forma intensa. No geral, esse ambiente destacado se chama rizosfera, e é conhecido como um local no solo extremamente rico do ponto de vista biológico. Com essa interação, várias propriedades do solo são impactadas de forma positiva, tais como as propriedades físicas (no que tange à agregação do solo e, conse- quentemente, à estruturação) e as propriedades químicas (no que tange à fertilidade). Bons estudos! 2.1 INTERAÇÕES ENTRE OS ORGANISMOS DO SOLO No ambiente edáfico, diversas interações organismo-organismo podem ocor- rer. E estas podem ser benéficas, neutras ou maléficas. Com isso, didatica- mente, podemos dividir as interações em dois grupos: as interações positivas e as interações negativas (CARDOSO; ANDREOTE; 2016). Veremos cada um deles, em detalhes, a seguir. 35 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 2.1.1 INTERAÇÕES POSITIVAS As interações positivas são aquelas em que “pelo menos um dos organismos envolvidos é beneficiado e nenhum deles é prejudicado” (CARDOSO; ANDRE- OTE, 2016, p. 39). Ou seja, temos os organismos A e B, onde A é beneficiado com a interação; e B pode ser beneficiado ou se manter neutro. Nesse cenário, podemos ter as seguintes interações positivas: Mutualismo (ou simbiose) Consiste na “interação obrigatória que traz benefícios para ambos os organismos. Nessa interação os dois organismos são metabolicamente dependentes entre si” (CERETTA; AITA, 2008, p. 41, grifo meu). Com essa interação, há vantagens ecológicas, tais como fontes de nutrientes, além de estresses ambientais. Um exemplo clássico dessa interação, que demonstra a obrigatoriedade, é a relação do cupim com o protozoário que vive em seu trato digestivo. Você sabia que sem o protozoário, o cupim não conseguiria metabolizar as partículas que consomem? Pois então, o cupim é totalmente dependente desse organismo, o que configura a relação como obrigatória. CUPIM À ESQUERDA E O PROTOZOÁRIO À DIREITA Fonte: Negreiros (2017). #pratodosverem: duas imagens, lado a lado, onde uma mostra o cupim e a outra mostra o protozoário que habita o trato intestinal do cupim. Outro exemplo são os líquens, que são bastante conhecidos, e são encontrados na natureza, fixados em superfícies como árvores e rochas. Esse organismo vivo é uma espécie de fungo que se associa a um organismo fototrófico, uma alga ou uma espécie de bactéria (cianobactéria). Nessa interação, o organismo fototrófico consiste em um 36 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS produtor primário (ou seja, fornece os nutrientes para o fungo), enquanto o fungo contribui com a fixação e a proteção desse produtor primário. Cooperação (ou protocooperação) Nessa interação, os dois organismos envolvidos se beneficiam. E qual é a diferença desta para o mutualismo? A resposta é: esta interação não é obrigatória. Ela é facultativa. Sendo assim, na ausência da interação, nenhum dos dois organismos é prejudicado. Um exemplo desse tipo de interação é a [...] associação entre as bactérias do gênero Cellulomonas e Azotobacter. A primeira ao se beneficiar do N fixado via FBN pela Azotobacter degrada a celulose em compostos mais biodegradáveis que podem ser usados pela Azotobacter. (CERETTA; AITA, 2008, p. 42). Comensalismo Nesse tipo de interação, “apenas um organismo se beneficia, sendo essa relação positiva para o mesmo e neutra para o outro organismo envolvido na interação” (CARDOSO; ANDREOTE, 2016, p. 39, grifo meu). Porém, na ausência da interação, um dos organismos tende a ser prejudicado, e quando há a interação, um deles é estimulado. Um exemplo desse tipo de interação é dado por Ceretta e Aita: Isso ocorre entre as bactérias oxidantes de amônia e as amonificadoras. As amonificadoras ao atacarem compostos ricos em nitrogênio liberam ao solo amônia. A amônia é o substrato que as bactérias oxidantes de amônia (Nitrossomonas) utilizam para obter energia. (CERETTA; AITA, 2008, p. 42). Ou seja, nessa interação, um organismo tende a produzir compostos importantes e que são utilizados por outro organismo em benefício próprio. Dessa forma, apenas o organismo que utiliza os compostos é beneficiado. Alguns autores incluem ainda como interação positiva o ‘neutralismo’. No en- tanto, as interações neutras tendem a ocorrer apenas quando as populações estão muito distantes entre si. Sendo assim, ainda não há um consenso sobre esse tipode interação no ambiente edáfico (MOREIRA; SIQUEIRA; 2006; CAR- DOSO; ANDREOTE, 2016). 37 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 2.1.2 INTERAÇÕES NEGATIVAS As interações negativas são aquelas que ocorrem “[...] quando pelo menos um dos organismos envolvidos é prejudicado, podendo ou não ocorrer benefícios para a outra parte envolvida.” (CARDOSO; ANDREOTE, 2016, p. 39). Ou seja, temos os organismos A e B, onde A pode ser beneficiado (ou não) com a inte- ração; e B é prejudicado de alguma forma. São interações negativas: Predação Como o próprio nome já deixa claro, esse tipo de interação consiste no processo no qual um organismo consome o outro. Ou seja, o organismo A ataca e consome a sua presa B. Um exemplo comum que ocorre no solo: os nematoides e protozoários que se alimentam de bactérias e fungos, o que contribui para o equilíbrio das populações. Parasitismo Essa interação é considerada como uma das mais complexas, visto que é difícil determinar a linha limítrofe entre o parasitismo e a predação. Nesse caso, um dos organismos vive às custas do outro, ou seja, ele tende a se beneficiar do outro, seja para proteção ou para a absorção de nutrientes, por exemplo. No entanto, a depender do grau de parasitismo, pode-se levar o organismo parasitado à morte. Como exemplo, podemos indicar o fungo Rhizoctonia solani (Figura 2), o qual é parasita dos fungos dos gêneros Mucor e Pythium. 38 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS DETALHES DO FUNGO RHIZOCTONIA SOLANI Fonte: Almeida (2021). #pratodosverem: quatro imagens que mostram em detalhes o fungo da espécie Rhizoctonia solani. Além disso, o fungo Rhizoctonia solani também é importante na fitopatologia, visto que ele causa doenças em plantas cultivadas. Competição Consiste na interação na qual os [...] diferentes organismos dentro de uma população ou comunidade utilizam os mesmos recursos para sobreviver. No solo, as populações competem principalmente por substratos de carbono (principalmente glicose), nutrientes, fatores de crescimento, O2, água e espaço. (CERETTA; AITA, 2008, p. 43). Antagonismo (ou amensalismo) Nesse tipo de interação, um dos organismos envolvidos “produz substâncias que podem inibir o crescimento de outro organismo” (CARDOSO; ANDREOTE, 2016, p. 40). Um exemplo desse tipo de interação são os organismos, como as bactérias, que podem acidificar o solo e, dessa forma, deixam o ambiente impróprio para a sobrevivência de outros organismos que não suportam pH mais baixo. 39 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 É importante destacar que as interações, positivas e negativas, ocorrem de forma simultânea no ambiente edáfico. A separação aqui é apenas didática. Veja a seguir um exemplo esquemático de todas as interações que vimos até aqui, tanto as positivas quanto as negativas. RESUMOS DAS INTERAÇÕES ENTRE OS ORGANISMOS Fonte: Ceretta e Aita (2008, p. 41). #pratodosverem: sequência de imagens que demonstram como ocorrem as interações. Todas essas interações são extremamente importantes para a dinâmica, o equilíbrio e a estruturação organizacional dos organismos no solo. 2.1.3 ESTRUTURA ORGANIZACIONAL DOS MICRORGANISMOS DO SOLO A estrutura organizacional dos organismos, de forma geral, ocorre no que cha- mamos de populações. Estas são definidas como “um conjunto de organis- mos da mesma espécie, que se distribuem em diferentes frequências, dando origem a uma curva assintótica, que é padrão na descrição da estrutura das populações que existem em solos” (CARDOSO; ANDREOTE, 2016, p. 41). 40 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS Diante dessa definição importante e necessária, essa estrutura organizacio- nal pode ser demonstrada graficamente da seguinte forma: DEMONSTRAÇÃO DAS CURVAS DE DISTRIBUIÇÃO DAS POPULAÇÕES MICROBIANAS Fonte: Cardoso e Andreote (2016, p. 41). #pratodosverem: imagem gráfica exemplificando como ocorrem as curvas assintóticas das populações microbianas no ambiente edáfico. Como podemos observar, nós temos um grupo de populações que apre- sentam uma alta frequência. Por outro lado, temos também um grupo que apresenta frequência mais baixa, dando origem à ‘biosfera rara’ (LYNCH; NEU- FELD, 2015). A biosfera consiste na junção dos elementos que contribuem e/ou dão condições para a existência da manutenção da vida. Sendo assim, quando se fala em “biosfera rara”, indicam-se condições inadequadas para a sobrevivência dos organismos. 41 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 No geral, esse comportamento apresentado no gráfico é comum em todos os solos; o ponto de diferenciação são os ângulos das curvas. Sendo assim, fica o questionamento: se ocorre em todos os solos, por que, então, temos as indicações ‘solos I, II e III’? A resposta para essa pergunta é simples: porque nós temos variações de ma- nejos nos solos (como manejos mais conservacionistas, manejos mais inten- sivos e solos com ausência de manejo), o que impacta diretamente nas popu- lações dos organismos. Como os manejos do solo afetam diretamente as populações, o ideal é que sejam realizadas práticas de manejo mais conservacionistas, justamente para a manutenção desses organismos do solo, que desempenham papéis tão importantes para a qualidade do ambiente edáfico (CERETTA; AITA, 2008). De acordo com Cardoso e Andreote (2016), podemos caracterizar os solos I, II e III da seguinte forma: Solo I Possivelmente é um solo sob vegetação mais natural, por exemplo, em áreas de florestas e matas. Isso se justifica devido à maior quantidade de populações. Solo II Provavelmente é um solo sob sistemas de cultivos que empregam manejos conservacionistas, pois, apesar da curva com menores valores quando comparada com o solo I, ainda apresenta um bom comportamento (diferentemente do solo III). 42 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS Solo III Possivelmente é um solo sob sistemas de cultivo e manejo mais intensivos, visto que a curva apresenta menor quantidade de organismos. Nesse cenário, devem ser realizadas práticas que não são conservacionistas do solo. Portanto, podemos dizer que a diversidade biológica é de extrema importân- cia, tanto para entendermos as oscilações das populações em decorrência das interações naturais que ocorrem quanto para compreendermos a relevância do manejo, seguindo práticas de conservação do solo. Ou seja, a dinâmica e a diversidade dos organismos estão diretamente relacionadas às questões na- turais e antrópicas (CARDOSO; ANDREOTE, 2016). 2.2 INTERAÇÕES DOS ORGANISMOS COM O SOLO 2.2.1 RIZOSFERA A rizosfera é definida como “região do solo que é influenciada pela raiz da planta, ambiente esse rico em nutrientes e consequentemente em microrga- nismos” (CARDOSO; ANDREOTE, 2016, p. 47). RIZOSFERA Fonte: Nerastri (2020). #pratodosverem: imagem ilustrativa da região do solo denominada rizosfera. 43 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 Segundo Pereira (2000), essa área do solo é o local de maior interação entre organismos-solo-planta. Por isso, é considerada como a mais ativa, uma vez que há a exsudação de vários compostos orgânicos, que, além de estimula- rem os organismos do solo, contribuem para as diferentes propriedades físi- cas e químicas do solo (BAIS et al., 2016). No entanto, é importante frisar que esse ambiente é mutável, de forma que a sua composição e a sua estrutura podem ser diretamente influenciadas pela composição e pelaumidade do solo, por exemplo (PEREIRA, 2000). Na região da rizosfera, a população microbiana supera as regiões não influenciadas pelas raízes das espécies vegetais em 10 a 100 vezes. Ou seja, existem de 10 a 100x mais organismos na região da rizosfera do que fora dela. Impressionante, não é mesmo? Fonte: Ceretta e Aita (2008). Segundo Cardoso e Andreote, didaticamente, a região da rizosfera pode ser separada em três zonas diferentes, quais sejam: Endorizosfera Que consiste na área próxima ao córtex e à endoderme. Rizoplano Que consiste na zona adjacente à raiz, incluindo ainda a epiderme. Ectorizosfera Que consiste na área fora a partir da zona do rizoplano. 44 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS ZONAS DA RIZOSFERA Fonte: Nerastri (2020). #pratodosverem: imagem ilustrativa das zonas que compõem a rizosfera. De forma geral, os organismos do solo exercem diferentes efeitos sobre as espécies vegetais, contribuindo, inclusive, no desenvolvimento e na produção das plantas. Esse fato consiste no que chamamos de retroalimentação, que segundo Pereira (2000), Cardoso e Andreote (2016) e Nerastri (2020), pode ser explicada da seguinte maneira: 1. as plantas liberam os exsudados; 2. os exsudados contribuem para o crescimento e desenvolvimento dos organismos; e 3. os organismos contribuem com melhorias nas propriedades do solo e fomentam as condições ideais para o bom crescimento das plantas. 45 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 RETROALIMENTAÇÃO plantas organismos exsudados Fonte: elaborado pelo autor (2023). #pratodosverem: três círculos são conectados por setas, formando um ciclo que se retroalimenta. Em cada círculo está escrito “plantas”, “exsudados” e “organismos”, respectivamente. Sendo assim, podemos dizer que existe uma relação clara de causa-efeito. E assim, fica clara a complexidade da rizosfera e a importância da interação, tanto para os organismos quanto para o solo e as plantas, não é mesmo? INTERAÇÃO DE CAUSA-EFEITO Fonte: Cardoso e Andreote (2016, p. 49). #pratodosverem: imagem ilustrativa da interação entre os organismos do solo e as raízes, na região denominada rizosfera. 46 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS 2.2.2 AGREGAÇÃO E ESTRUTURA DO SOLO Os agregados do solo podem ser definidos como as partículas secundárias, que são formadas pelas partículas primárias do solo (areia, silte e argila); e a matéria orgânica é um dos principais agentes cimentantes, além dos óxidos de ferro e alumínio (TISDALL; OADES, 1982). AGREGADOS DO SOLO Fonte: Embrapa Wheat (2018). #pratodosverem: imagem mostrando agregados do solo de diferentes tamanhos. Os agregados do solo estáveis ao longo do perfil constituem a estruturação do solo. Por isso que, de acordo com Moreira e Siqueira (2006), a manutenção desses agregados é tão importante para a manutenção da estrutura e, conse- quentemente, da qualidade do solo. Dessa forma, os organismos do solo apresentam papel fundamental na agre- gação, visto que eles atuam na formação dos agregados de diferentes formas: • tanto como agentes ligantes diretos, tais como as hifas de fungos; • quanto pela liberação de polissacarídeos no meio, que funcionam como uma verdadeira ‘cola’ das partículas. 47 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 INTERAÇÃO DE CAUSA-EFEITO Fonte: Cardoso e Andreote (2016, p. 49). #pratodosverem: imagem ilustrativa da interação entre os organismos do solo e as raízes, na região denominada rizosfera. Os organismos do solo contribuem, portanto, para formação dos agregados e, em contrapartida, tendem a ser protegidos no interior dessas partículas se- cundárias (MOREIRA; SIQUEIRA, 2006). Além disso, já se sabe que solos com agregados estáveis, com porosidade diversa, são essenciais para a manuten- ção da diversidade e também da alta atividade microbiológica do solo (TIS- DAL; OADES, 1982). Os microrganismos, ao favorecerem a manutenção e estabilidade dos agregados, contribuem ainda para a manutenção do carbono orgânico sequestrado no interior desses agregados. Isso é relevante tanto para a qualidade do solo quanto para auxiliar na regulação do clima. Dessa forma, podemos inferir que, para a agregação e a estruturação, há uma interação organismos-solo muito positiva, tanto para o solo quanto para os organismos. 48 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS 2.2.3 FERTILIDADE DO SOLO A fertilidade do solo consiste em um ponto fundamental para a produtivida- de agrícola, pois ela contempla os nutrientes que são essenciais para a vida das espécies vegetais (IPNI, 1998). Você sabe quais são os nutrientes essenciais para as plantas, que são contemplados na fertilidade do solo? Ao todo, são treze nutrientes, separados em: • primários (nitrogênio, fósforo e potássio); • secundários (cálcio, magnésio e enxofre); e • micronutrientes (boro, cloro, cobre, ferro, manganês, molibdênio e zinco). De forma geral, os organismos do solo apresentam interação direta com a fertilidade, pois eles são responsáveis pelo processo de degradação dos ma- teriais orgânicos e, consequentemente, contribuem para a ciclagem dos nu- trientes, que é tão importante para o crescimento, o desenvolvimento e a pro- dução pelas plantas. Além disso, os organismos participam ativamente dos ciclos biogeoquímicos de nutrientes essenciais para as plantas, tais como o nitrogênio e o fósforo (CARDOSO; ANDREOTE, 2016). Existe uma relação direta e muito clara entre os organismos, o solo e as plantas, como nós vimos até aqui. Para entender mais sobre esse assunto, assista ao vídeo disponível no link: https://www. youtube.com/watch?v=YfQkLs2wVrg. Acesso em: 15 fev. 2023. Nele, você vai conseguir entender ainda mais essas interações e ainda a importância delas. https://www.youtube.com/watch?v=YfQkLs2wVrg https://www.youtube.com/watch?v=YfQkLs2wVrg 49 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 É importante deixar claro que os organismos do solo atuam de duas formas: 4. liberando os nutrientes no solo, após a decomposição — processo deno- minado mineralização; e 5. imobilizando os nutrientes, com vistas a seu consumo próprio — proces- so denominado imobilização. Normalmente, essa imobilização é realizada pela biomassa microbiana, que engloba os fungos e as bactérias (IPNI, 1998; BATISTA et al., on-line). EXEMPLO DE MINERALIZAÇÃO E IMOBILIZAÇÃO Fonte: IPNI (1998, p. 41). #pratodosverem: ilustração de um exemplo de imobilização e mineralização do nitrogênio. São os organismos do solo que promovem essas alterações na forma do elemento disponível no solo. Então, você deve estar se perguntando: mas, então, quando os nutrientes são liberados? E todos os elementos são imobilizados? A resposta para a primeira pergunta é: os nutrientes são liberados quando há excesso para os organismos do solo, ou seja, primeiro eles utilizam o que pre- cisam para o seu próprio metabolismo, e o excedente eles disponibilizam na solução do solo. Com isso, as espécies vegetais podem absorver e utilizar no seu processo de crescimento e/ou desenvolvimento. Sobre a segunda pergunta, normalmente, os organismos tendem a imobili- zar elementos como o nitrogênio, o carbono, o fósforo e o enxofre. No entanto, os organismos liberam no solo quando há excesso, da mesma forma como explicado anteriormente. Além do excedente, os nutrientes podem ser libe- rados também quando esses organismos morrem e seus corpos se decom- põem (IPNI, 1998). 50 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017,Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS CONCLUSÃO Esta unidade objetivou apresentar as interações que existem, tanto entre os organismos quanto destes com o solo e as plantas. Nesse sentido, nós trata- mos das interações positivas e negativas entre os organismos, que são classi- ficadas dessa forma, pois a primeira consiste nas interações que não trazem nenhum tipo de malefício a um dos organismos envolvidos, enquanto a se- gunda traz interações nas quais há beneficiamento de um em detrimento do outro. Além disso, vimos que são essas interações que contribuem para a organização e a dinâmica das populações microbianas no solo. Já com relação às interações organismo-solo-planta, estudamos que existe uma região do solo que tem total influência das raízes e, com isso, há uma elevada taxa de atividade dos organismos. E essa atividade, assim como os exsudados liberados por eles, contribuem para diversas propriedades do solo, tais como as propriedades físicas (como a agregação) e as propriedades quí- micas (como a fertilidade). 51 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MATERIAL COMPLEMENTAR Para saber mais sobre este tema, leia os artigos a seguir D’ANDRÉA, A. F. et al. Atributos biológicos indicadores da qualidade do solo em sistemas de ma- nejo na região do cerrado no sul do Estado de Goiás. R. Bras. Ci. Solo, [S. l.], v. 26, p. 913-923, 2002. Disponível em: https://www.scielo.br/j/rbcs/a/C483nhwGWSJtbCCvNyZkPbj/?format=pdf&lang= pt. Acesso em: 15 fev. 2023. FRAGA, M. E. et al. Interação microrganismo, solo e flora como condutores da diversidade na Mata Atlântica. Acta Botanica Brasilica, [S. l.], v. 26, n. 4, p. 857-865, 2012. Disponível em: https:// www.scielo.br/j/abb/a/F8VxTNSftM4ZVX5dS3kzLFg/?format=pdf&lang=pt. Acesso em: 15 fev. 2023. MARCHETTI, M. M.; ANA BARP., E. A. Efeito rizosfera: a importância de bactérias fixadoras de nitrogênio para o solo/planta – revisão. Ignis, Caçador, v. 4, n. 1, p. 61-71, 2015. Disponível em: https:// periodicos.uniarp.edu.br/index.php/ignis/article/view/767/474. Acesso em: 15 fev. 2023. PEREIRA, M. G. et al. Interações entre fungos micorrízicos arbusculares, rizóbio e actinomicetos na rizosfera de soja. R. Bras. Eng. Agríc. Ambiental, Campina Grande, v. 17, n. 12, p. 1249–1256, 2013. Disponível em: https://www.scielo.br/j/rbeaa/a/ctvxjhxz8tDFS3BkxQ63YJJ/?format=pdf&lang=pt. Acesso em: 15 fev. 2023. TODA, F. E. et al. Biomassa microbiana e sua correlação com a fertilidade de solos em dife- rentes sistemas de cultivo. Colloquium Agrariae, [S. l.], v. 6, n. 2, p. 1-7, 2010. Disponível em: https:// revistas.unoeste.br/index.php/ca/article/view/507/499 Acesso em: 15 fev. 2023. https://www.scielo.br/j/rbcs/a/C483nhwGWSJtbCCvNyZkPbj/?format=pdf&lang=pt https://www.scielo.br/j/rbcs/a/C483nhwGWSJtbCCvNyZkPbj/?format=pdf&lang=pt https://www.scielo.br/j/abb/a/F8VxTNSftM4ZVX5dS3kzLFg/?format=pdf&lang=pt https://www.scielo.br/j/abb/a/F8VxTNSftM4ZVX5dS3kzLFg/?format=pdf&lang=pt https://periodicos.uniarp.edu.br/index.php/ignis/article/view/767/474 https://periodicos.uniarp.edu.br/index.php/ignis/article/view/767/474 https://www.scielo.br/j/rbeaa/a/ctvxjhxz8tDFS3BkxQ63YJJ/?format=pdf&lang=pt https://revistas.unoeste.br/index.php/ca/article/view/507/499 https://revistas.unoeste.br/index.php/ca/article/view/507/499 52 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS UNIDADE 3 OBJETIVO Ao final desta unidade, esperamos que possa: 53 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS > Compreender a matéria orgânica e a relação com os microrganismos do solo. > Conhecer a biomassa microbiana, que é considerada a porção viva da matéria orgânica do solo. 54 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS 3 CONHECENDO A MATÉRIA ORGÂNICA E A RELAÇÃO COM OS MICRORGANISMOS DO SOLO INTRODUÇÃO DA UNIDADE Nesta unidade, trataremos da matéria orgânica (MO), que consiste em todo o material orgânico presente no solo, seja de origem animal ou vegetal, nos mais diversos estágios de decomposição. Aqui, você vai aprender a relação que existe entre a MO e os organismos do solo. Nesse cenário, você compreenderá os conceitos fundamentais sobre o tema, além de conhecer parâmetros importantes da MO, tais como sua dinâmica, manutenção, decomposição e frações (ou compartimentalização). Todos es- ses parâmetros estão diretamente relacionados aos organismos do solo, visto que eles são diretamente responsáveis por todo o processo de decomposição. Além disso, nesta unidade, você vai conhecer a biomassa microbiana, que é considerada a porção viva da MO, composta por fungos e bactérias. Por fim, você vai compreender que essa biomassa funciona como um importante indicador da qualidade da MO, a partir da análise do quociente microbiano (qMIC). Bons estudos! MATÉRIA ORGÂNICA (MO) E OS MICRORGANISMOS DO SOLO Antes de aprofundarmos no tema, nós precisamos definir o que é matéria orgânica do solo e entender sua importância. No geral, a matéria orgânica do solo pode ser definida como [...] todo o carbono orgânico presente no solo na forma de resíduos frescos ou em diversos estágios de decomposição, compostos humificados e materiais carbonizados (ex.: carvão em solos de savana), associados ou não à fração mineral; assim como a porção viva, composta por raízes e pela micro, meso e macrofauna. (ROSCOE; MACHADO, 2002, p.13). 55 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MATÉRIA ORGÂNICA Fonte: © rawpixel.com, Freepik (2023). #pratodosverem: imagem da mão de uma pessoa cultivando uma planta. Detalhe na mão cheia de solo preto rico em matéria orgânica. Segundo Leite, “[...] a matéria orgânica é um componente importante do solo, afetando diversos processos físicos, químicos e biológicos e, por meio desses, desempenhando importantes funções.” (LEITE, 2004, p. 9). Ainda segundo o autor, sem a matéria orgânica (MO), os solos seriam apenas uma mistura estéril (ou seja, improdutivos) de minerais do intemperismo das rochas. Dessa forma, a MO é um importante pool de carbono e nutrientes, e é fundamental na sustentabilidade e produtividade dos ecossistemas (sejam eles agrícolas ou não). Na tradução literal, o termo “pool” significa piscina. No entanto, a ciência do solo entende pool como um (grande, importante, relevante) reservatório. Agora que já sabemos o que a MO e sua importância, vamos seguir enten- dendo a sua dinâmica, manutenção, mineralização e compartimentalização. 56 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS 3.1 DINÂMICA E MANUTENÇÃO DA MO A dinâmica da matéria orgânica (MO) indica as transformações que ocorrem nos resíduos orgânicos. A palavra “dinâmica” representa, de forma geral, um movimento de um de- terminado fator a partir de estímulos. No caso da MO não é diferente: a dinâ- mica consiste nos movimentos de transformações que ocorrem no solo e que podem ocorrer em sequência, conforme demonstrado a seguir: DINÂMICA DA MATÉRIA ORGÂNICA DO SOLO MOS Decomposição Móleculas compostas em moléculas simples Humificação Móleculas amorfas, elevado peso molecular, alta estabilidade Translocação Ácidos orgânicos de BPM e substâncias húmicas Interação Com minerais de argila Estabilização Decrécimo do potencial de perda (erosão lixiviação e respiração) Mineralização Liberação de compostos inorgânicos (H2S, NH4 +, CO2, NO3 -) Fonte: Fontana (2009, p. 3). #pratodosverem: imagem ilustrativa dos processos relacionados à dinâmica da matéria orgânica do solo. Lê-se MOS ao centro da imagem e os processos: decomposição,humificação, translocação, interação, estabilização e mineralização ao redor da MOS, com setas indicativas. Segundo Zech et al. (1997) e Fontana (2009), nesse cenário, podemos enten- der esses processos da seguinte forma: Decomposição Consiste na quebra das moléculas mais complexas em moléculas mais simples. 57 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 Humificação Corresponde à transformação dos compostos em substâncias de alto peso molecular e mais estáveis. Translocação É o movimento dos compostos (como os ácidos orgânicos de BPM — baixo peso molecular, menos estáveis) nos horizontes do solo. Esse movimento pode ser realizado pelos organismos do solo (i.e., minhocas e cupins). Interação Ligação dos compostos orgânicos com os minerais de argila, formando os complexos organominerais. Estabilização Processo que promove a diminuição do potencial de perda dos compostos orgânicos. Mineralização Processo de liberação dos elementos para a solução do solo. No geral, essa dinâmica da MO é governada pela adição dos resíduos orgâni- cos (que podem ser de origem vegetal e/ou animal) e pela constante transfor- mação deles sob a ação dos mais diversos fatores (físicos, biológicos, químicos e de manejo do solo) (FELLER, 1997). 58 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS FOLHAS DE ÁRVORES EM DECOMPOSIÇÃO Fonte: © wirestock, Freepik (2023). #pratodosverem: fotografia de um solo com folhas seca e em decomposição, ao fundo, há uma paisagem de árvores e um céu azul. Os fatores que influenciam a dinâmica da matéria orgânica podem ser: temperatura, organismos do solo, umidade, pH, quantidade de nutrientes disponíveis, teor de argila do solo, relação carbono/ nitrogênio dos resíduos e acidez do solo. Além desses, os fatores de formação (material de origem, clima, relevo, organismos do solo e tempo) também apresentam papel importante no controle da dinâmica da MO, visto que mantêm relação direta com processos importantes, como a decomposição, mineralização e humificação da MO (FONTANA, 2009). 3.2 DECOMPOSIÇÃO E MINERALIZAÇÃO DA MO A decomposição da MO consiste na despolimerização das moléculas. Ou seja, podemos dizer que a decomposição consiste na quebra dos resíduos orgâ- nicos, transformando-os em materiais solúveis, para serem absorvidos pelas células microbianas (MOREIRA; SIQUEIRA, 2006; FONTANA, 2009). 59 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 Despolimerização Quebra de moléculas mais complexas em moléculas mais simples. No geral, podemos destacar que o processo de decomposição acontece se- guindo fases, conforme destacado no quadro a seguir. FASES DO PROCESSO DE DECOMPOSIÇÃO DOS RESÍDUOS ORGÂNICOS Fase Aspectos funcionais/Características Redução do tamanho das moléculas/ partículas A fauna do solo é responsável pela fragmentação dos resíduos, é importante para reduzir o tamanho das partículas para o ataque inicial. Ataque inicial dos organismos do solo Os subprodutos orgânicos do ataque inicial são atacados por vários organismos do solo, avançando no processo de decomposição das moléculas. Ataque intermediário Começa a ocorrer a decomposição gradual das moléculas mais resistentes, tais como a lignina. Aqui, o processo é realizado por actinomicetos e fungos especialistas. Ataque final Fonte: Moreira e Siqueira (2006, p. 208). À medida que acontece a decomposição, ocorre também a mineralização, que consiste na conversão dos elementos químicos da sua forma orgânica para a forma mineral — forma absorvível pela planta (FONTANA, 2009). No processo de decomposição dos resíduos orgânicos do solo, os organismos, nos seus mais diferentes tamanhos, apresentam papel-chave, visto que [...] os microrganismos atuam como transformadores, enquanto os macroorganismos, representados especialmente por invertebrados macroscópicos, atuam como reguladores (engenheiros) do processo. Desse modo, seres micro e macroscópicos atuam de modo interativo formando uma intensa cadeia trófica onde os reguladores tem a função de trituradores dos materiais orgânicos, atuando também como predadores e 60 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS parasitas, enquanto fungos, bactérias e actinomicetos são essencialmente decompositores primários. (MOREIRA; SIQUEIRA 2006, p. 206). Nesse cenário, é possível perceber que existem diferentes grupos de organis- mos envolvidos no processo de decomposição da MO. Trituradores Ácaros, formigas, mariposas. FORMIGAS Fonte: © wirestock, Freepik (2023). #pratodosverem: detalhe de três formigas vermelhas no tronco de uma árvore. Trituradores/decompositores Besouros, ácaros, moscas, minhocas, fungos, bactérias, actinomicetos. BESOURO Fonte: © wirestock, Freepik (2023). #pratodosverem: fotografia de um besouro de colaspis da uva empoleirado na haste da grama. 61 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 Decompositores/trituradores Fungos, actinomicetos, bactérias, minhocas, colêmbolos. MINHOCA Fonte: © Outaki, Pixabay (2023). #pratodosverem: detalhe de minhoca sobre o chão de terra. Apenas decompositores Fungos, bactérias, actinomicetos. FUNGOS Fonte: © wirestock, Freepik (2023). #pratodosverem: detalhe de fungos no chão de uma floresta. Diante do exposto, fica claro que há a formação de uma verdadeira cadeia de alimentação (ou cadeia trófica), com diferentes organismos envolvidos e suas funções. 62 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS CADEIA TRÓFICA DOS ORGANISMOS DECOMPOSITORES Ácaros Predadores Mamíferos e pássaros Insetos predadores OligoquetasProtozoáriosNematóidesÁcarosCalêmbolas Ácaros predadores Nematóides predadores Nematóides Fungos Bactérias ExsudatosRestosRaízes Plantas Fonte: Moreira e Siqueira (2006, p. 207). #pratodosverem: ilustração da cadeia trófica dos organismos decompositores do solo. Os processos de decomposição e mineralização não são simples e nem estáticos. Pelo contrário, eles são complexos e dependentes dos diversos organismos presentes no solo, com as suas mais diversas funções e especialidades. 3.3 FRAÇÕES HÚMICAS E NÃO HUMIFICADAS De forma geral, tanto as frações húmicas como não húmicas compõem a matéria orgânica do solo. Mas, então, qual a diferença entre essas frações? As substâncias húmicas representam uma parte da matéria orgânica 63 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 [...] composta por substâncias orgânicas amorfas, heterogêneas e com comportamento químico similar, de estruturas químicas complexas, de natureza particular, sem composição específica, de maior estabilidade do que os materiais que as originaram e com ausência de vestígios microscopicamente visíveis dos tecidos ou células originais. (FONTANA, 2009, p. 4). Outra definição de substâncias húmicas pode ser verificada em Moreira e Siqueira (2006, p. 233), que afirmam que essas substâncias são “moléculas recalcitrantes [...], combinadas através de reações de polimerização e ressíntese, com compostos fenólicos”. Os termos “substâncias húmicas”, “frações húmicas” e “húmus” são sinônimos. As substâncias formadas pelo processo de humificação são basicamente oriundas do processo de transformações dos compostos como celulose, pro- teínas, lignina, dentre outros. De acordo com Fontana (2009, p. 4), essas trans- formações são “[...] a perda de polissacarídeos e componentes fenólicos, modi- ficação das estruturas de lignina, e enriquecimento em estruturas aromáticasnão lignínicas recalcitrantes.” Nesse contexto, os organismos do solo apresentam papel fundamental no processo de formação do húmus, como demonstra a figura a seguir. 64 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS ILUSTRAÇÃO DA PARTICIPAÇÃO DOS ORGANISMOS DO SOLO NA FORMAÇÃO DO HÚMUS Fonte: Moreira e Siqueira (2006, p. 206). #pratodosverem: desenho esquemático e ilustrativo da participação dos organismos do solo na formação das substâncias húmicas no solo. As substâncias humificadas apresentam efeitos diretos, profundos e impor- tantes nas propriedades do solo, influenciando tanto as características edáfi- cas quanto as plantas e os organismos do solo. Segundo Moreira e Siqueira (2006), essas substâncias afetam, principalmente: Propriedades físicas Melhora a agregação e, consequentemente, a estrutura, porosidade, aeração, umidade e permeabilidade do solo. Propriedades químicas Melhora a CTC e o efeito tampão, além da retenção dos nutrientes no solo (reservatório de nitrogênio, fósforo e enxofre). Propriedades biológicas Melhora a atividade e diversidade dos organismos do solo. 65 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 As substâncias húmicas podem ser separadas em três constituintes princi- pais, que são: os ácidos fúlvicos, os ácidos húmicos e a humina (MOREIRA; SI- QUEIRA, 2006). Esses constituintes são classificados dessa forma com base na solubilidade, cor, reatividade no solo e estabilidade química que apresentam (FONTANA, 2009). Já as substâncias orgânicas não humificadas são aquelas menos complexas, ou seja, mais facilmente decompostas, que são oriundas de atividades distin- tas no solo, tais como metabolismo secundário de plantas e organismos do solo. Nesse sentido, há diversas substâncias não húmicas no solo oriundas de dife- rentes atividades, tais como: da fisiologia e nutrição vegetal (liberando flavo- noides, ácidos ferúlicos, dentre outros), de atividades antifúngicas (liberando ácidos fenólicos e salicílicos) e de atividade antibacteriana (liberando ácidos fenólicos, taninos, flavonoides) (MOREIRA; SIQUEIRA, 2006). Logo, podemos inferir que a principal diferença entre as substâncias húmicas e não húmicas consiste nessa complexidade dos compostos e, consequente- mente, a facilidade ou não do processo de decomposição (MOREIRA; SIQUEI- RA, 2006; FONTANA, 2009). 3.4 BIOMASSA MICROBIANA: A PORÇÃO VIVA DA MO 3.4.1 CONCEITOS E DEFINIÇÕES No geral, a composição do solo pode ser separada em: 50% de materiais sóli- dos (basicamente minerais), 25% de água e 25% de ar. Desses 50% de sólidos, em média, 5% representam os materiais orgânicos do solo. Parece pouco, mas essa porcentagem indica o que chamamos de fração orgânica do solo. 66 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS COMPOSIÇÃO MÉDIA DOS SOLOS Fonte: Molina Júnior (2017, p. 44). #pratodosverem: ilustração em gráfico de “pizza” demonstrando a composição média dos solos. A fração orgânica do solo consiste em uma mistura complexa de diferentes tecidos (mortos ou não) e de substâncias (orgânicas ou inorgânicas) transfor- madas ou em estado original, que influenciam diretamente nas propriedades físicas, químicas e biológicas do solo. De forma geral, essa fração é muito importante para a qualidade do solo. Além disso, a biomassa microbiana consiste em um indicador muito sensí- vel de mudanças no ecossistema, ou seja, mudanças de manejo do solo, por exemplo (MOREIRA; SIQUEIRA, 2006). Vamos, então, considerar esses 5% como o todo. Nesse cenário, podemos dizer que 95-98% (em média, variando entre 4,6-4,9%) de todo o carbono orgânico desse material consiste em matéria orgânica morta, humificada ou não. En- quanto a porção viva, que consiste na biomassa microbiana, não ultrapassa de 1-5% dessa fração orgânica do solo (MOREIRA; SIQUEIRA, 2006). Assim, podemos entender que a fração orgânica viva do solo [...] é protoplasma microbiano, representando a microbiomassa, definida como a parte viva da matéria orgânica do solo, composta por todos os organismos menos que 5x10³ µm³, representada por fungos, bactérias, actinomicetos, levetudas e representantes da microfauna, como os protozoários. (MOREIRA; SIQUEIRA, 2006, p. 192). 67 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 Ou seja, a biomassa microbiana pode ser definida, basicamente, “como a par- te viva e mais ativa da matéria orgânica” que é constituída por organismos que “atuam em processos que vão desde a formação do solo [...] até a decom- posição de resíduos orgânicos, ciclagem de nutrientes” (REIS JÚNIOR; MEN- DES, 2007, p. 9). Para saber mais sobre a biomassa microbiana e como podemos estudá-la nos solos, assista ao vídeo do grupo de pesquisa Forest Soils, da Universidade Estadual do Sudoeste da Bahia (UESB). Disponível em: https://www.youtube.com/ watch?v=ci1khpmWbPs. Acesso em: 20 fev. 2023. Diante dessas definições, podemos entender que a biomassa microbiana consiste em uma fração da MO não protegida. Ou seja, uma fração que não apresenta proteção estrutural, como os agregados estáveis, e nem proteção coloidal, como os complexos organominerais. De acordo com Moreira e Siqueira (2006), a biomassa microbiana apresenta como funções principais: • decomposição dos resíduos vegetais; • liberação de enzimas no meio; • agregação temporária (ou seja, formação de agregados temporários); e • fonte de nutrientes (pelo processo de mineralização e imobilização). DECOMPOSIÇÃO DE RESÍDUOS VEGETAIS Fonte: © pvproductions, Freepik (2023). #pratodosverem: planta pequena brotando entre folhagens em decomposição. https://www.youtube.com/watch?v=ci1khpmWbPs https://www.youtube.com/watch?v=ci1khpmWbPs 68 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS Durante o processo de decomposição, uma parte do carbono e de outros nutrientes pode ficar imobilizada na biomassa microbiana, o que deixa essa fração orgânica rica em nutrientes. Esses nutrientes ficam disponíveis na solução do solo quando estão em excesso para a biomassa ou quando os organismos morrem e seus corpos são decompostos. Fonte: IPNI (1998). Essa parte viva do solo consiste na responsável pela quase totalidade da ativi- dade microbiológica, apresentando papel relevante nas mais diversas trans- formações bioquímicas que ocorrem nos solos (REIS JÚNIOR; MENDES, 2007). 3.4.2 IMPORTÂNCIA A biomassa microbiana consiste em um dos componentes do solo que con- trola a decomposição dos resíduos orgânicos, a acumulação da matéria orgâ- nica e, ainda, as transformações que envolvem os nutrientes. Como a biomassa microbiana atua diretamente nos processos de decom- posição e imobilização, para Reis Júnior e Mendes (2007), ela é considerada como fonte e também dreno dos nutrientes no solo. Diante desse cenário, podemos verificar que a biomassa microbiana desem- penha inúmeras funções importantes no solo. Entre elas, Leite (2004), Moreira e Siqueira (2006), destacam: • fonte e dreno de nutrientes; • participação ativa nos processos de transformação de elementos importantes no solo, como o carbono, nitrogênio, enxofre e fósforo; • imobilização de metais pesados, retirando-os do solo; • participação direta na decomposição dos resíduos orgânicos; • participação direta na formação dos agregados do solo e, com isso, contribuem para a formação da estruturação do solo. 69 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 Como podemos ver, a importância da biomassa microbiana é clara, visto que ela desempenha importantes papéis no solo. Dessa forma, é essencial a re- alização demanejos que contribuam para o aumento da quantidade e que mantenham a biomassa sempre ativa. Afinal, esses parâmetros (quantidade e atividade) estão diretamente relacionados à quantidade de resíduos orgâ- nicos (carbono orgânico) que é aportada no solo. No geral, solos com vegetação ou sob cultivo mínimo apresentam maior favo- recimento da biomassa do que solos cultivados de forma intensiva ou solos já degradados (MOREIRA; SIQUEIRA, 2004). VEGETAÇÃO NATIVA VERSUS PASTO Fonte: © wirestock, Freepik (2023). #pratodosverem: vista aérea de um campo de pastagem de animais margeando uma floresta. Por isso que a biomassa vem sendo apontada como um importante indica- dor do estado e das alterações da matéria orgânica do solo; assim, ela é utili- zada como um medidor sensível do aumento ou diminuição da quantidade de matéria orgânica em um determinado solo (LEITE, 2004). A partir do momento que sabemos que o manejo adotado está afetando ne- gativamente a matéria orgânica, é possível planejar e adotar medidas que evitem as perdas desse componente orgânico que é tão fundamental para as propriedades do solo e, consequentemente, para sua qualidade. 70 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS E como conseguimos saber o quanto de biomassa tem/existe no solo? No geral, podemos destacar diferentes métodos a serem utilizados para a quantificação da biomassa microbiana, que podem ser baseados em: • contagem estimada do número de organismos; • taxas de respiração, a partir da adição de compostos ricos em carbono; • fluxo de dióxido de carbono, a partir da fumigação; • determinação da quantidade de carbono das amostras analisadas por fumigação. Fonte: Moreira e Siqueira (2006, p. 192). No entanto, é necessário considerar que a determinação da quantidade de biomassa microbiana deve ser separada da sua atividade. Com isso, é impor- tante e necessário conhecer a fração ativa da biomassa microbiana, visto que ela apresenta papel relevante na catalisação de transformações bioquímicas fundamentais para à qualidade e funcionalidade do recurso edáfico (MOREI- RA; SIQUEIRA, 2006). Uma forma de analisar essa fração viva é a partir do quociente microbiano (qMIC), que consiste em uma variável relativa, que avalia as perdas e os ga- nhos de carbono no solo, e determina a biomassa viva presente na matéria orgânica. Veremos esse quociente em detalhes a seguir. 3.4.3 QUOCIENTE MICROBIANO: ÍNDICE DA QUALIDADE DA MO De acordo com Matsuoka (2006), a determinação da quantidade da biomas- sa microbiana contribui para entendermos o processo de ciclagem de nu- trientes no solo. No entanto, apenas a quantificação, em qualquer período de tempo, não fornece indicações sobre o aumento ou a diminuição da matéria orgânica do solo. Dessa forma, a utilização de uma variável relativa, como o 71 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 quociente microbiano, faz-se necessária e importante, justamente para forne- cer uma medida da biomassa viva e presente na MO. Diante desse contexto, podemos dizer que o quociente microbiano (qMIC) consiste em “[...] um índice utilizado para fornecer indicações sobre a qualida- de da matéria orgânica, sendo expresso pela relação entre o C da biomassa microbiana e o C orgânico total.” (REIS JÚNIOR; MENDES, 2007, p. 10). Existe uma diferença entre quociente microbiano e quociente metabólico. Este último consiste na indicação da taxa de respiração da biomassa microbiana. Fonte: Reis Júnior e Mendes (2007). Sendo assim, quando analisamos o qMIC, é possível perceber que, em condi- ções mais estressantes para os organismos do solo — por exemplo, pH mais baixo, ausência de nutrientes e/ou presença de metais pesados —, a capaci- dade de utilização do carbono orgânico do solo diminui e, com isso, há um decréscimo do quociente. Além disso, ele também é afetado pelas diferentes formas de manejo e práti- cas agrícolas: • Quando são realizadas práticas intensivas, também se gera um ambiente de estresse para os organismos do solo que compõem a porção viva da MO. • Em situações de aumento da quantidade de matéria orgânica e finalização dos parâmetros que causam estresses, há um aumento do quociente, o que indica um incremento da biomassa e, consequentemente, uma melhora nas condições edáficas. No entanto, é importante destacar que a presença de matéria orgânica de baixa qualidade (ou seja, pobre em nutrientes — como ocorre em sistemas sob monocultivos por longos períodos) também gera estresse na biomassa microbiana, tornando-a incapaz de utilizar o carbono orgânico do solo. E, com isso, há redução dos valores do quociente microbiano, mesmo com a presen- ça dos resíduos orgânicos (GAMA-RODRIGUES, 1999). 72 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS Existe uma relação direta entre as condições do solo e o quociente microbiano. Boas condições qMIC Más condições qMIC E, diante de todo o exposto, fica o questionamento: como esse quociente é obtido? De forma geral, esse quociente é obtido através da relação entre o C da biomassa microbiana (ou seja, o carbono da biomassa microbiana — CBM) e o C orgânico total do solo (COS), onde é fornecido o valor percentual que indica o quanto do carbono orgânico total é representado pela biomassa mi- crobiana (SILVA, 2010). Existem diversas metodologias para a determinação do COS e do CBM. Para a escolha de qual utilizar, deve-se verificar a disponibilidade de reagente, equipamentos, além das vantagens e desvantagens de cada um, dentro da realidade de estudo. Não existe uma receita de bolo a ser seguida, mas existem diversos estudos na literatura disponíveis para consulta. De acordo com Silva (2010), a partir dos dados de COS e CBM é possível calcu- lar o percentual por meio da seguinte fórmula: Onde os valores estão em mg kg-1. 73 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 Com esse indicador é possível determinar a quantidade de C que se encontra imobilizado pela biomassa microbiana, o que representa um ponto da quali- dade da MO do solo. Altos valores de qMIC indicam que a MOS é ativa e está sujeita ao processo de decomposição pelos organismos do solo, ou seja, o carbono está disponível. Valores mais baixos de qMIC indicam que há alterações do solo, com situações de estresses que não fornecem as condições ideias para a maior imobilização do C Fonte: adaptado de Gama-Rodrigues (1999) e Silva (2010). Com isso, usando os valores de qMIC, é possível inferir sobre a qualidade bio- lógica do solo. CONCLUSÃO Esta unidade objetivou fornecer os conhecimentos sobre a matéria orgânica e sua relação com os organismos do solo. Sendo assim, você viu sobre aspectos importantes da MO, tais como a dinâ- mica, manutenção, decomposição, mineralização e frações (húmicas e não humicas), entendendo que os organismos do solo apresentam papel funda- mental. Sem eles, como seria a dinâmica da MO? Como seria a sua decompo- sição? As respostas para essas perguntas são muito simples, não é mesmo? Simplesmente, não seria visto que são totalmente dependentes dos organis- mos do solo. Além desses aspectos mais gerais, esta unidade também abordou sobre a porção viva da MO, que consiste justamente nos organismos, como bactérias, fungos e actinomicetos. Estes são denominados como biomassa microbiana. E essa porção viva é fundamental, pois apresenta diversas funções no solo, como fonte e dreno de nutrientes, imobilização de metais pesados, dentre outros. 74 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MATERIAL COMPLEMENTAR Para saber mais sobre este tema, leia os artigos a seguir: 1. Usode substâncias húmicas para melhoramento de um latossolo amarelo distrocoeso. 2. Sistema de preparo do solo e sua influência na atividade microbiana. 3. Alterações na matéria orgânica e na biomassa microbiana em solo de mata natural submetido a diferentes manejos. 4. Dinâmica da matéria orgânica e da biomassa microbiana em solo submetido a diferentes sistemas de manejo na Amazônia Ocidental. 5. Biomassa microbiana do solo em sistema de Integração lavoura-pecuária em plantio direto, submetido a intensidades de pastejo.. https://ainfo.cnptia.embrapa.br/digital/bitstream/item/218878/1/ComunicadoTecnico175-Eugenio-Ainfo.pdf https://ainfo.cnptia.embrapa.br/digital/bitstream/item/218878/1/ComunicadoTecnico175-Eugenio-Ainfo.pdf http://dx.doi.org/10.1590/1809-4430-Eng.Agric.v35n3p506-513/2015 http://dx.doi.org/10.1590/1809-4430-Eng.Agric.v35n3p506-513/2015 https://www.scielo.br/j/pab/a/tKMkG3QrNMj3KjQnyD9GjNk/?format=pdf&lang=pt https://www.scielo.br/j/pab/a/tKMkG3QrNMj3KjQnyD9GjNk/?format=pdf&lang=pt https://www.scielo.br/j/pab/a/tKMkG3QrNMj3KjQnyD9GjNk/?format=pdf&lang=pt https://www.scielo.br/j/pab/a/3G6K6sY9v74k6b5L5sK9tTq/?format=pdf&lang=pt https://www.scielo.br/j/pab/a/3G6K6sY9v74k6b5L5sK9tTq/?format=pdf&lang=pt https://www.scielo.br/j/pab/a/3G6K6sY9v74k6b5L5sK9tTq/?format=pdf&lang=pt https://www.scielo.br/j/rbcs/a/srPtcWvTfNh7N6gCfLc86XB https://www.scielo.br/j/rbcs/a/srPtcWvTfNh7N6gCfLc86XB https://www.scielo.br/j/rbcs/a/srPtcWvTfNh7N6gCfLc86XB UNIDADE 4 OBJETIVO Ao final desta unidade, esperamos que possa: 75 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS > Compreender os ciclos biogeoquímicos dos principais elementos: carbono, fósforo e nitrogênio. Além disso, entender a participação dos organismos do solo nesses ciclos. > Compreender a fixação biológica do nitrogênio, entendendo quais os microrganismos atuantes nesse processo e quais os benefícios da simbiose. 76 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS 4 CICLOS DOS ELEMENTOS: ENTENDENDO COMO OCORREM E QUAL A PARTICIPAÇÃO DOS ORGANISMOS DO SOLO INTRODUÇÃO DA UNIDADE Esta unidade abordará os ciclos biogeoquímicos de três elementos funda- mentais na Terra, que são: o carbono (C), o nitrogênio (N) e o fósforo (P). A importância desses três elementos consiste no grande volume de energia e também de matéria que eles movimentam nos seus processos. Além disso, esses elementos desempenham papéis essenciais na formação e manuten- ção da vida no planeta como nós conhecemos. Diante dessa importância in- discutível, serão abordados como os ciclos ocorrem e a participação dos orga- nismos do solo em cada um deles. Além disso, nesta unidade, você vai conhecer a fixação biológica do nitrogê- nio (FBN), que é considerada um processo tão importante quanto à fotos- síntese. Veremos que esse é um processo natural de simbiose entre plantas leguminosas e determinados organismos do solo. Nesse processo de fixação, esses organismos conseguem captar o N atmosférico (N2), transformando-o em uma forma de N assimilável pelas plantas. 4.1 CICLOS BIOGEOQUÍMICOS DOS ELEMENTOS Ciclo biogeoquímico consiste nos processos de transformação de determi- nado elemento químico na biosfera. Sendo assim, fica clara a importância desses ciclos: eles são os responsáveis pela movimentação desses elementos químicos, que são essenciais para a manutenção da vida como nós conhece- mos (ADUAN; VILELA; REIS JÚNIOR, 2004). 77 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 O conceito ou definição de elemento químico é considerado um dos mais relevantes dentro da área da química. Muitas vezes, ele é utilizado como sinônimo de átomo, substância e/ou ligação química. Mas, isso não é correto. Então, o que é um elemento químico? De forma geral, podemos dizer que o conceito de elemento consiste na substância em sua forma elementar, ou seja, na substância mais simples. Normalmente, é aquela apresentada na tabela periódica. Fonte: Sanjuan e Santos (2010). Diante desse contexto, podemos entender que o conhecimento sobre esses processos é fundamental, visto que contribui para o entendimento da dispo- nibilidade dos elementos que são necessários para a vida no Planeta Terra (MOREIRA; SIQUEIRA, 2006). 4.1.1 CICLO DO CARBONO No geral, o carbono é “[...] um elemento presente na grande maioria da matéria que compõe nosso Planeta seja nas suas massas fluidas (atmosfera e oceano), seja nas sólidas (rochas e solos).” (ADUAN; VILELA; REIS JÚNIOR, 2004, p.12). 78 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS Você sabia que os solos são formados pela reorganização das partículas da rocha após o processo de intemperismo, que pode ser físico ou químico? O intemperismo físico é aquele que promove a degradação das rochas por meio de processos mecânicos e o químico consiste nos processos nos quais ocorrem reações químicas, principalmente pela presença da água em estado líquido (proveniente das chuvas). Legal, não é? O nome dado a esse processo de formação dos solos pela degradação da rocha é pedogênese. Fonte: Pereira et al. (2019). Dessa forma, o carbono é considerado um dos elementos mais importantes, pois toda a vida que nós conhecemos o tem em sua estrutura. Esse elemento é o que apresenta a maior demanda para a formação de células e, assim, é o mais requerido e necessário para os seres vivos (ADUAN; VILELA; REIS JÚ- NIOR, 2004; CARDOSO; ANDREOTE, 2016). O átomo de carbono pode realizar até quatro ligações, o que favorece a formação de inúmeras moléculas bastante complexas. No entanto, na atmosfera do planeta, o carbono se encontra, basicamente, na sua forma mais simples: CO2 (dióxido de carbono). Fonte: Aduan, Vilela e reis Júnior (2004). 79 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 Observe a figura a seguir, que apresenta o ciclo biogeoquímico do carbono. CICLO DO CARBONO NA BIOSFERA Fonte: Cardoso e Andreote (2016, p. 81). #pratodosverem: ciclo biogeoquímico do carbono na biosfera, mostrando os processos e dinâmica do elemento na natureza. Nessa figura é possível observar que o ciclo conta com vários reservatórios, dos quais os maiores estão sob a forma de combustíveis fósseis ou em for- mas de carbonatos que estão dissolvidos na água dos oceanos. No entanto, os reservatórios de carbono que estão nos solos apresentam importante papel para a vida, pois estão diretamente ligados ao processo nutricional dos seres vivos. Esse carbono dos solos ocorre principalmente na forma de C orgânico, que é oriundo do processo de fotossíntese: os organismos fotossintetizantes assimilam o CO2, incorporam o C em suas biomassas, e, posteriormente, o C é incorporado à matéria orgânica do solo (CARDOSO; ANDREOTE, 2016). Sendo assim, focando no ciclo do carbono no solo, pode-se verificar que um ponto fundamental é [...] o balanço entre a fixação autotrófica do CO2 (fotossíntese) e a respiração. Enquanto a fixação de CO2, realizada principalmente pelos vegetais, transfere CO2 da atmosfera para o solo, a respiração faz com que o CO2 retorne novamente à atmosfera. Portanto, o nível de CO2 atmosférico depende da intensidade desses dois processos, os quais transferem C em direções opostas. (CERETTA; AITA, 2008, p. 87). O ciclo do carbono é destacado por Cardoso e Andreote (2016, p. 82), que afirmam que as transformações do carbono no solo compreendem essencialmente duas etapas: “[...] a fixação do C e a regeneração, os quais [as etapas] são regulados por processos de oxidação do C, que regulam os fluxos de CO2 para compostos orgânicos e destes para CO2 e CH4, determinando entradas e saídas de C.” 80MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS PROCESSOS E MECANISMOS DE TRANSFORMAÇÕES QUE REGULAM O CICLO DO C Processo Mecanismo Importância Decomposição C e energia incorporados Atividade dos organismos do solo Decomposição Ruptura e despolimerização macromolecular Formação das substâncias húmicas do solo (húmus) Mineralização CO2 e nutrientes liberados Aumento da fertilidade do solo e da concentração de dióxido de C na atmosfera. Fonte: Cardoso e Andreote (2016, p. 83). Sendo assim, em um ecossistema, os materiais orgânicos são a principal fonte de carbono para os organismos do solo. Quanto mais resíduos, mais atividade e, consequentemente, mais respiração (e liberação de CO2). Por outro lado, as espécies vegetais utilizam o CO2 para o processo de fotossíntese, e ainda se beneficiam do processo de mineralização realizado pelos organismos do solo (Figura 2) (CERETTA; AITA, 2008). BALANÇO ENTRE AS ENTRADAS E SAÍDAS DE C DO SOLO Fonte: Ceretta e Aita (2008, p. 88). #pratodosverem: imagem ilustrativa do balanço que ocorre entre as etapas de fixação e regeneração do C-CO2 no solo. 81 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 Por isso, nós podemos perceber que o ciclo do carbono é de suma importân- cia, tanto para a agricultura quanto para o ambiente como um todo, visto que dele dependem: a dinâmica da matéria orgânica, a atividade dos organismos do solo, e ainda a emissão do dióxido de carbono para a atmosfera (que é um gás do efeito estufa, diretamente ligado ao aquecimento global) (CERETTA; AITA, 2008). 4.1.2 CICLO DO FÓSFORO O fósforo é um dos elementos indispensáveis para a vida, visto que ele é compo- nente essencial de várias moléculas importantes, tais como o DNA, ATP e os fos- folipídios de membranas. Sendo assim, a importância desse elemento químico fica muito clara: sua disponibilidade controla diversos pontos importantes para o bom funcionamento dos ecossistemas (ADUAN; VILELA; REIS JÚNIOR, 2004). Relembrando a biologia: o DNA consiste na estrutura genética do indivíduo; ATP consiste na molécula de energia; e os fosfolipídios são os principais componentes das membranas celulares (estruturas que protegem as nossas células). Observe a figura a seguir, que representa o ciclo biogeoquímico do fósforo, onde são indicados os diversos compartimentos desse elemento no ambien- te. 82 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS CICLO DO FÓSFORO Fonte: Ceretta e Aita 2(008, p. 159). #pratodosverem: imagem ilustrativa do ciclo de fósforo na biosfera. Como é possível observar, o fósforo não tem a sua origem na atmosfera, e sim nas rochas fosfatadas (fonte primária de fósforo). Sendo assim, diferentemen- te do observado no ciclo do carbono (e no ciclo do nitrogênio, que veremos adiante), o ciclo do fósforo não apresenta fluxos importantes no sistema solo- -atmosfera (ADUAN; VILELA; REIS JÚNIOR, 2004; CERETTA; AITA, 2008). A ausência de uma forma de fósforo atmosférica faz com que esse ciclo seja único, visto que a atmosfera, mesmo quando não apresenta papel central no ciclo, é normalmente responsável pelo recebimento e pela suspensão do ele- mento. Além disso, nesse ciclo (também diferentemente do C e do N), a maior fonte de fósforo não vem da atividade dos organismos do solo. Na verdade, o maior reservatório global de fósforo é derivado do processo de intemperis- mo de rochas à base de fosfato de cálcio (tendo um destaque para a apatita) (ADUAN; VILELA; REIS JÚNIOR, 2004). 83 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 PEDRA DE APATITA Fonte: Freepik (2023) . #pratodosverem: foto de pedra de apatita isolada em fundo branco. Para saber mais sobre a apatita, a Universidade de São Paulo (USP) disponibiliza materiais sobre as diferentes rochas. Para a apatita, clique aqui e acesse o conteúdo. No ambiente edáfico, o fósforo encontra-se em duas formas, que são: mineral e orgânica. Forma mineral O P inorgânico (ou seja, o P na forma mineral) encontra-se nos minerais primários, estando em maioria adsorvido nos minerais do solo e, em pequenas quantidades, presentes na solução do solo na forma de H2PO4 -. Sendo assim, fica claro que esse P inorgânico fica pouco disponível para os organismos do solo. https://didatico.igc.usp.br/minerais/fosfatos/apatita/ 84 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS Forma orgânica Já o P orgânico consiste em 20-80% de todo o P presente nos solos, apresentando-se em diferentes compostos como: inositol, fosfolipídios e diferentes fosfatos. Essa diferença é importante no que tange à labilidade para os organismos. Além disso, um compartimento muito importante do P orgânico é o P microbiano, ou seja, o P associado à biomassa do solo. Esse compartimento é considerado o principal reservatório de P prontamente disponível (ou seja, lábil) (ADUAN; VILELA; REIS JÚNIOR, 2004; CERETTA; AITA, 2008). De acordo como Ceretta e Aita (2008), nesse ciclo do fósforo, os organismos apresentam papel fundamental nos processos de: Mineralização Os organismos produzem o P inorgânico com a oxidação de compostos orgânicos. Nesse sentido, os organismos usam o P para o seu metabolismo e o disponibilizam no solo quando há excesso de P. Imobilização Os organismos, após a mineralização, podem imobilizar o P, incorporando-o em suas estruturas (por exemplo, compondo células de DNA de bactérias). Solubilização Os organismos transformam os fosfatos que são insolúveis em fosfatos solúveis. Diante desse contexto, fica claro que conhecer o ciclo do fósforo é fundamen- tal, principalmente para o correto manejo desse elemento no solo, visto que é um recurso não renovável, com alta possibilidade de escassez futura e, nos solos brasileiros (altamente intemperizados), com alta tendência de fixação (adsorção nos minerais do solo) (CARDOSO; ANDREOTE, 2016). 85 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 4.1.3 CICLO DO NITROGÊNIO O nitrogênio consiste no elemento que está presente em 78% do ar da at- mosfera, o que demonstra a sua abundância. No entanto, mesmo com essa grande quantidade, esse elemento ainda é considerado um dos mais limitan- tes para a produção de grande quantidade de ecossistemas, tanto marinhos quanto terrestres. Isso porque é parte indispensável de todas as proteínas e, além disso, compõe a molécula da vida, que é o DNA (ADUAN; VILELA; REIS JÚNIOR, 2004). As proteínas são compostas por vários aminoácidos ligados entre si. E esses aminoácidos são ricos em nitrogênio. Como vimos, o maior reservatório de nitrogênio é a atmosfera. No entanto, o N2 é inerte, ou seja, não está disponível para a grande maioria dos organismos, incluindo as espécies vegetais. Apenas uma pequena parte dos organismos do solo é capaz de utilizar esse nitrogênio atmosférico e transformá-lo em moléculas mais reativas e assimiláveis no processo denominado como Fixa- ção Biológica do Nitrogênio (FBN) (ADUAN; VILELA; REIS JÚNIOR, 2004; CE- RETTA; AITA, 2008), que será abordada em detalhes no próximo tópico. Mas, então, por que o N2 só é assimilável para uma pequena parte de organismos do solo? A resposta para essas pergunta é: porque o N2 é considerado uma forma de N em seu estado mais inerte, devido à força da ligação tripla da molécula. Essa ligação precisa ser quebrada para que o N2 seja transformado em moléculas mais reativas. Fonte: Aduan, Vilela e Reis Júnior (2004). Como podemos ver na figura a seguir, o ciclo do ciclo do nitrogênio se divide em diversas etapas, entre entradas (como o N2, ureia – fertilização externa– e 86 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS N de materiais orgânicos pelo processo de mineralização) e saídas (como pelo processo de lixiviação e desnitrificação) (CERETTA; AITA, 2008). CICLO DO NITROGÊNIO Fonte: Ceretta e Aita (2008, p. 112). #pratodosverem: imagem ilustrativa do ciclo do nitrogênio na biosfera. Agora, vamos entender as etapas de maior relevância no ambiente edáfico, que são as transformações biológicas do nitrogênio. Segundo Ceretta e Aita (2008) e Cardoso e Andreote (2016), essas transforma- ções são: Mineralização (ou amonificação) Consiste na transformação do N orgânico em inorgânico (NH4 +). Imobilização Consiste na incorporação do N pelos organismos. 87 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 Nitrificação Consiste na transformação do amônio (NH4 +) em nitrito (NO2 -) e depois em nitrato (NO3 -). Desnitrificação Consiste na transformação de nitrato (NO3 -) a óxido nitroso (N2O) e, depois, a gás dinitrogênio (N2). E como ocorrem essas transformações abordadas anteriormente? Para enten- dê-las observe a figura a seguir. Como é possível verificar, as setas indicam que os processos de transformações ocorrem de forma simultânea na natureza, al- terando a disponibilidade do nitrogênio no solo (CARDOSO; ANDREOTE, 2016). CICLO DAS TRANSFORMAÇÕES BIOLÓGICAS DO NITROGÊNIO Fonte: Cardoso e Andreote (2016, p. 101). #pratodosverem: imagem ilustrativa do ciclo das transformações que são mediadas pelos organismos do solo. Diante desse cenário, fica clara a relevância dos organismos do solo, visto que todas essas transformações são controladas por eles (CERETTA; AITA, 2008). 88 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS 4.2 FIXAÇÃO BIOLÓGICA DO NITROGÊNIO (FBN) 4.2.1 ASPECTOS GERAIS Como vimos, o nitrogênio é um elemento fundamental para os seres vivos, visto que ele é constituinte de diversas moléculas, como proteínas, bases ni- trogenadas (do DNA) e clorofila. No ciclo desse elemento, é possível verificar que 78% do nitrogênio está na atmosfera, em uma forma que não é assimi- lável (N2 – não está disponível devido à ligação dupla N=N, que o deixa iner- te) pela grande maioria dos organismos, incluindo as plantas. Para que esse nitrogênio atmosférico fique disponível para os organismos é necessário que ele seja reduzido para formas assimiláveis de nitrogênio (CARDOSO; ANDRE- OTE, 2016). Então, é nesse ponto que entra a fixação biológica do nitrogênio (FBN). De forma geral, a FBN pode ser definida como um processo natural que ocor- re devido à associação de organismos do solo (os quais, na maioria dos casos, são as bactérias diazotróficas) com as plantas (em simbiose ou não). Nesse processo, as plantas fornecem energia (a partir da fotossíntese) e nutrientes para os organismos e, em contrapartida, os organismos do solo são capazes de fixar o nitrogênio atmosférico, disponibilizando-o para as plantas (MOREI- RA; SIQUEIRA, 2006). 89 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 Você sabia que é possível fixar N2 de outras formas? Existe a fixação artificial, que consiste na forma com que são produzidos os fertilizantes industriais. O nome do processo é conhecido como Haber- Bosch e foi considerado um dos principais avanços do século 20. Porém, essa forma de fixação depende de um grande gasto de energia, com altas temperaturas, além de pressões, para promover a quebra da ligação tripla da molécula de N2. Outra forma é a partir de descargas elétricas (isso mesmo, os raios!) na atmosfera. No entanto, a contribuição desse processo é relativamente baixa, quando comparado com a FBN e a fixação industrial. Fonte: Cardoso e Andreote (2016). Dessa forma, a FBN consiste basicamente na redução do N2 (inerte) a molécu- las de N reativas (como a amônia – NH3). Essa redução ocorre como demons- tra a figura a seguir: FÓRMULA DA REDUÇÃO DE N2 A NH3 PELA FBN Fonte: Cardoso e Andreote (2016, p. 112). #pratodosverem: equação que mostra a redução do N atmosférico para amônia pela FBN. Essa redução só é possível graças à enzima denominada nitrogenase, que apenas alguns procariotos apresentam. Essa enzima utiliza energia (ATP) para o processo de conversão de N2 – NH3, em condições normais de temperatura e pressão. Sendo assim, em condições ambientais que contribuem para me- 90 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS lhorar as condições normais ou quando há aumento de fotoassimilados, há também um incremento da FBN (CARDOSO; ANDREOTE, 2016). ENZIMA NITROGENASE Fonte: Cardoso e Andreote (2016, p. 117). #pratodosverem: imagem esquemática de como é a atuação da enzima nitrogenase. Diante desse cenário, podemos destacar que a FBN pode ocorrer de duas for- mas: simbiótica (organismos associados às espécies vegetais) ou assimbiótica (organismos de vida livre ou fracamente associados), a depender dos organis- mos envolvidos. Veremos com mais detalhes no tópico a seguir. 4.2.2 MICRORGANISMOS FIXADORES DE NITROGÊNIO Como vimos, a capacidade de realização da FBN é [...] exclusivamente restrita a alguns microrganismos procariotos dos domínios Archaea e Bactéria, incluindo bactérias, cianobactérias e o actinomiceto Frankia. Tais microrganismos, denominados de diazotróficos, podem existir como independentes (fixadores de vida livre) ou em associações de diferentes graus de complexidade com outros organismos. (CERETTA; AITA, 2008, p.138). Sendo assim, temos dois grupos de microrganismos fixadores de nitrogênio, que são (MOREIRA; SIQUEIRA, 2006; CERETTA; AITA, 2008; CARDOSO; AN- DREOTE, 2016): A) MICRORGANISMOS SIMBIÓTICOS (FBN SIMBIÓTICA) 91 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 A FBN simbiótica é a relação mais evoluída da simbiose entre os microrganis- mos fixadores de N (procarioto) e um hospedeiro fotossintético (que é a plan- ta eucariota). Nessa relação mutualística simbiótica, há um benefício mútuo entre os organismos envolvidos, uma vez que os microrganismos fixadores fornecem o N fixado e o hospedeiro fotossintetizante fornece a energia neces- sária para o processo de FBN. Nessa FBN simbiótica, normalmente, a planta hospedeira desenvolve estru- turas próprias para a proteção e abrigo do microrganismo. Em plantas legu- minosas, essas estruturas são denominadas nódulos, os quais são formados a partir de um reconhecimento específico, por um complexo mecanismo de sinais moleculares entre os microrganismos e as plantas leguminosas. NÓDULOS EM PLANTA HOSPEDEIRA Fonte: Embrapa (2020) #pratodosverem: nódulo em raiz de feijoeiro. https://www.embrapa.br/busca-de-solucoes-tecnologicas/-/produto-servico/1495/fixacao-biologica-de-nitrogenio-fbn 92 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS A principal e mais conhecida associação simbiótica é a que ocorre entre espécies leguminosas e o rizóbio, pois tem sido a mais estudada ao longo dos anos. Nessa associação, temos quatro gêneros principais de bactérias para a associação, que são: Rhizobium, Bradyrhizobium, Sinorhizobium e Azorhizobium. Devido ao nome dos gêneros (Rhizobium, Bradyrhizobium, Sinorhizobium e Azorhizobium), a literatura, muitas vezes, identifica apenas como ‘rizóbio’ para fazer referência às bactérias dos gêneros mais estudados. Atualmente, já vem sendo utilizada a inoculação de algumas espécies vegetais de interesse econômico, visando à produtividade sem a necessidade de adubação nitrogenada. São exemplos de sucesso: soja, feijão, milho e ervilha.Fonte: Moreira e Siqueira (2006) e Ceretta e Aita (2008). B) MICRORGANISMOS NÃO SIMBIÓTICOS (OU ASSOCIADOS) E DE VIDA LI- VRE (FBN NÃO SIMBIÓTICA) No geral, existem vários exemplos de associações que ocorrem entre bacté- rias diazotróficas de vida livre que se associam a uma planta hospedeira. No entanto, diferentemente da associação simbiótica, na simbiose associativa não ocorre nenhuma alteração morfológica na planta (como a formação de nódulos na FBN simbiótica) e nem qualquer alteração genética entre bacté- ria versus planta. Normalmente, as bactérias associativas vivem nas superfí- cies das folhas, na superfície ou dentro das raízes, ou na rizosfera. 93 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 DESTAQUE PARA UMA PLANTA E AS PARTES QUE A COMPÕEM Fonte: Freepik (2023) . #pratodosverem: vista lateral de uma planta de folhas verdes com as raízes na terra preta. Já as bactérias diazotróficas de vida livre tendem a utilizar o nitrogênio fixa- do para o seu próprio metabolismo, não liberando nitrogênio para o meio. Normalmente, o nitrogênio fixado por esse grupo apenas fica disponível para as plantas se essas bactérias morrerem e forem decompostas. Dessa forma, ocorre a mineralização dos compostos orgânicos pelas demais comunidades microbianas presentes no ambiente edáfico. 4.2.3 BENEFÍCIOS DA FBN A FBN consiste no “processo mais significativo de adição de nitrogênio no ecossistema terrestre”, a partir da utilização de microrganismos fixadores de nitrogênio na agricultura (CARDOSO; ANDREOTE, 2016, p. 122), principalmen- te para algumas culturas, como o caso da soja. 94 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS PLANTAÇÃO DE SOJA Fonte: Freepik (2023) . #pratodosverem: mão masculina segurando grãos de soja de frente para a plantação. No horizonte, o céu azulado. Segundo Faria (2017), a FBN é capaz de fornecer todo o nitrogênio necessário para que a soja atinja excelentes rendimentos e ótima produtividade. E essa realidade da soja também já vem sendo aplicada para outras espécies, tais como o feijão e o arroz, que são duas culturas de alto interesse econômico (MATTOS, 2019). O N é o nutriente requerido em maior quantidade pela soja, sabia? Para suprir essa demanda, a FBN tem papel chave: a associação das plantas de soja com as bactérias do gênero Bradyrhizobium contribui para que todo o N necessário seja absorvido. Para saber mais sobre esse tema, assista ao vídeo da Embrapa, disponível aqui . Sendo assim, essa técnica de FBN, em espécies vegetais com potencial para a associação, pode contribuir para que a produtividade se mantenha mesmo em condições desfavoráveis como déficit hídrico, solos pobres (com baixa fer- tilidade), ou até mesmo em ambas as condições. https://www.youtube.com/watch?v=Y4Awm_YDNsg 95 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 De acordo com Moreira e Siqueira (2006) e Cardoso e Andreote (2016), esse bom desempenho pode ser explicado pelo fato de as bactérias fixadoras apresentarem, além da FBN, outros benefícios, tais como: • promotoras do crescimento, pela promoção da produção de hormônios importantes para o crescimento e desenvolvimento das espécies vegetais, como citocininas e auxinas; • solubilizadoras de fosfato, ou seja, disponibilizam o P na solução do solo. Dessa forma, os ganhos econômicos com as culturas podem ser assegurados tanto pelas boas produtividades quanto pela redução dos custos com fertili- zantes nitrogenados (BERTOLO et al., 2021). De acordo com a Embrapa (2020), para a cultura da soja é possível conseguir uma economia de, aproximadamente, 12 bilhões de dólares ao ano, devido à não utilização de fertilizantes à base de nitrogênio. Uma economia e tanto, não é mesmo? Além das boas produtividades, a FBN contribui para que a produção seja mais sustentável, visto que não há uma intensa fertilização química nitrogenada. Segundo Cardoso e Andreote (2016, p. 122), “[...] o uso demasiado e incorreto dos fertilizantes é o principal fator de poluição do solo e contaminação de len- çóis de água subterrâneos, favorecendo perdas por volatilização e lixiviação, gerando prejuízo aos produtores rurais e ao meio ambiente.” Com isso, podemos resumir os benefícios da FBN conforme Bertolo et al. (2021, p. 15), que afirmam que, [...] em resumo, o principal benefício da utilização da tecnologia da FBN é a redução do custo de produção pela menor necessidade de uso de adubação nitrogenada. Além disso, é uma tecnologia ambientalmente amigável devido à redução da utilização de fertilizantes e a redução na emissão de gases do efeito estufa. Diante desse cenário, fica claro porque a Embrapa (2020) afirma que “[...] de- pois da fotossíntese – processo realizado pelas plantas para a produção de energia necessária para a sua sobrevivência –, a fixação biológica de nitrogê- 96 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS nio (FBN) é considerada o mais importante processo biológico do planeta [...]”, visto que essa FBN contribui para melhorias de produtividade, ganhos eco- nômicos e redução da necessidade de adubações nitrogenadas intensivas. Esse último ponto é ainda muito relevante para as questões ambientais, que são tão discutidas: a redução da aplicação de adubos nitrogenados contribui para a diminuição de problemas como a contaminação de solos (visto que o excesso de nitrogênio, como via ureia, pode causar acidificação excessiva do solo) e dos recursos hídricos (podem sofrer com o processo de eutrofização, que consiste no acúmulo de nutrientes, como o nitrogênio e o fósforo). 97 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 CONCLUSÃO Esta unidade objetivou fornecer os conhecimentos sobre os principais ciclos biogeoquímicos que são fundamentais para a vida na Terra como nós conhe- cemos. Por isso que foi dada ênfase aos elementos como carbono, fósforo e nitrogênio. Esses elementos são essenciais para a vida. E como vimos, os orga- nismos do solo apresentam papel chave nesses ciclos. Além dos aspectos mais gerais, principalmente no ciclo do nitrogênio, esta unidade também abordou a Fixação Biológica do Nitrogênio (FBN), que con- siste em um dos processos biológicos mais importantes do Planeta (junta- mente com a fotossíntese), visto que nele as bactérias têm a capacidade de transformar o N mais abundante do ciclo e indisponível (que é o atmosférico – N2), em um N disponível para os organismos vivos – plantas, fauna e biomas- sa do solo. 98 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MATERIAL COMPLEMENTAR Para saber mais sobre este tema, leia os artigos a seguir: 1. Contribuição da fixação biológica de nitrogênio, fertilizante nitrogenado e nitrogênio do solo no desenvolvimento de feijão e caupi. 2. Contribuição da fixação biológica de nitrogênio para a cultura de arroz sob inundação. 3. Fisiologia da fixação biológica o nitrogênio em soja . 4. Serviços ambientais na agricultura: a contribuição das bactérias fixado- ras de nitrogênio associadas ao arroz. 5. Dinâmica do carbono do solo. https://www.scielo.br/j/brag/a/yvkr3Wc7gkcYcSpXJFfLFmQ/?format=pdf&lang=p https://www.scielo.br/j/brag/a/yvkr3Wc7gkcYcSpXJFfLFmQ/?format=pdf&lang=p http://www.ia.ufrrj.br/ra/artigos/38_57.pdf http://www.ia.ufrrj.br/ra/artigos/38_57.pdf http://itaya.bio.br/materiais/Fixa%C3%A7%C3%A3o%20biol%C3%B3gica%20do%20nitrogenio.pdf https://floram.org/article/588e221be710ab87018b465d/pdf/floram-15-2-35.pdf https://floram.org/article/588e221be710ab87018b465d/pdf/floram-15-2-35.pdf https://daac.ornl.gov/LBA/lbaconferencia/amazonia_global_change/27_Dinamica_do_Carbono.pdfUNIDADE 5 OBJETIVO Ao final desta unidade, esperamos que possa: 99 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS > Compreender o que são as micorrizas, entendendo a origem, evolução, importância da simbiose e os principais tipos que existem. > Compreender, em detalhes, as micorrizas arbusculares, entendendo os aspectos gerais, a classificação taxonômica e os efeitos no solo. 100 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS 5 MICORRIZAS INTRODUÇÃO DA UNIDADE Esta unidade tratará das micorrizas (ou ‘fungos micorrízicos’), abordando sua origem e evolução. Como você vai estudar aqui, as micorrizas podem ser de- finidas como as associações que ocorrem entre determinados fungos de solo e as raízes das plantas. Nessas associações, os microrganismos contribuem para o crescimento da maioria das espécies vegetais. Além disso, nesta unidade, você vai entender que existem diferentes tipos de micorrizas, das quais as principais são: as endomicorrizas e as ectomicorrizas. Cada uma delas com suas respectivas características e relevância. No entanto, as endomicorrizas, também conhecidas como ‘micorrizas arbusculares’ são as mais abundantes e bem distribuídas no Planeta e, por isso, daremos des- taque a elas. 5.1 CONHECENDO AS MICORRIZAS ‘Micorriza’ pode ser definida como a associação mutualística que determi- nados fungos presentes no solo fazem com uma grande parte das espécies vegetais superiores (CARDOSO; ANDREOTE, 2016). 101 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 RAIZ DE CAFEEIRO ASSOCIADO COM FUNGO MICORRÍZICO Fonte: Costa ([2020]). #pratodosverem: imagem ilustrativa da associação mutualística raiz-fungo micorrízico. Dessa forma, o termo engloba todos os tipos de micorrizas que existem no Planeta. Como veremos a seguir, existem sete tipos diferentes, entre os quais dois grupos são os mais relevantes, em importância e quantidade de informa- ções disponíveis na literatura, que são: as endomicorrizas e as ectomicorrizas (CERETTA; AITA, 2008; CARDOSO; ANDREOTE, 2016). Para não esquecer: “mico” significa fungo e “riza” significa raízes. Então, mico+riza = fungo+raízes. Fonte: Souza et al. (2006). O estudo dessas associações, assim como a Fixação Biológica do Nitrogênio (que vimos na nossa unidade anterior), contribui para o entendimento das formas que visam alcançar formas de produções agrícolas mais sustentáveis e, dessa forma, menos dependentes dos agroquímicos externos (SOUZA et al., 2006). 102 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS 5.1.1 ORIGEM E EVOLUÇÃO A origem da simbiose é detalhada por Berbara et al., conforme destacado a seguir. “Quanto à origem [...], sabe-se, pelo estudo de fósseis, que o surgimento das plantas na superfície terrestre ocorreu entre 460 e 500 milhões de anos, enquanto a divisão Glomeromycota (que contém todos os fungos MA) já era encontrada há 600 milhões de anos. [...] Outra hipótese aceita para o surgimento da simbiose micorrízica vem da relação mutualística observada entre fungos e cianobactérias. A endossimbiose formada entre o fungo Geosiphon pyriformis e cianobactérias tem sido apontada como uma das possíveis origens da simbiose micorrízica, principalmente porque este fungo apresenta morfologia, estrutura e função próximas às dos fungos MA, inclusive quanto ao fornecimento de P e ao papel regulador deste elemento sobre a simbiose.” (BERBARA et al., 2006, p. 56). Sendo assim, é possível perceber que os fungos micorrízicos existem antes mesmo das plantas. Inclusive, existem registros de fósseis de fungos micor- rízicos e registros de simbiose dos fungos com plantas superiores em fósseis (REDECKER et al., 2000; CERETTA; AITA, 2008; BERBARA et al., 2006). 103 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 FÓSSIL DE FUNGO MICORRÍZICO EM ASSOCIAÇÃO COM UMA PLANTA VASCULAR Fonte: Berbara et al. (2006, p. 56). #pratodosverem: imagem de microscópio demonstrando as partes do fungo micorrízico em associação com uma espécie de planta superior. As associações mutualísticas entre fungos e sistemas radiculares só foram ob- servadas com mais riqueza de detalhes em 1842, início do século XIX, quando Karl Wilhelm von Nägeli fez a primeira descrição. Ao que parece, tratava-se de uma micorriza arbuscular (SOUZA et al., 2006). Em 1985, Bernard Frank, um fisiologista vegetal alemão, estudou e distinguiu as micorrizas ecto- e endotróficas. Nesses estudos, Frank reuniu informações importantes sobre a anatomia e a ocorrência da simbiose, e ainda especulou sobre os benefícios da associação para as plantas. Além disso, foi Frank quem empregou o termo ‘micorriza’ pela primeira vez, visando se referir a essa asso- ciação mutualística. Após alguns anos de estudos, Frank publicou inúmeros estudos demonstrando as bases funcionais da simbiose (MOREIRA; SIQUEI- RA, 2006; SOUZA et al., 2006). Devido aos estudos e as informações fundamentais sobre a relação simbiótica entre os fungos e as plantas, Bernard Frank é considerado como o pai da micorrizologia (ciência que estudo as micorrizas). Todos esses estudos, que iniciaram há quase 200 anos atrás, seguem até os dias atuais, com técnicas ainda mais avançadas e tecnológicas, em uma ciên- cia moderna, que, inclusive, já apresenta exploração comercial de inoculan- 104 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS tes de fungos micorrízicos, visando o aumento da produtividade das culturas (alimentos, fibras e madeira), e ainda a redução dos custos de produção e dos impactos ambientais dos sistemas agrícolas sobre os sistemas naturais (SOU- ZA et al., 2006; CARDOSO; ANDREOTE, 2016). 5.1.2 SIMBIOSE E SEUS EFEITOS A simbiose dos fungos micorrízicos com as raízes traz inúmeros efeitos, tanto para as plantas associadas quanto para o solo. Por exemplo, como as micor- rizas funcionam como uma espécie de extensão das raízes, elas tendem a ser importantes para a absorção de água e nutrientes do solo. Além disso, as micorrizas contribuem para a melhoria da agregação do solo e aumento da resistência a doenças (CARDOSO; ANDREOTE, 2016). É importante deixar claro que nem todos os fungos que habitam o ambiente edáfico formam micorriza, ou seja, formam associações com as raízes. Há ainda os fungos neutros, que crescem e vivem na rizosfera, sem nenhuma comunicação ou efeito direto sobre o sistema radicular. Como também há fungos patogênicos, que podem atacar diretamente as raízes ou até mesmo produzir enzimas e/ou toxinas que causam danos a elas. No geral, os efeitos da simbiose dependem diretamente das características da planta, além das condições edafoclimáticas. No entanto, podemos destacar como principais efeitos positivos diretos da simbiose (BERBARA et al., 2006; MOREIRA; SIQUEIRA, 2006; CERETTA; AITA, 2008; CARDOSO; ANDREOTE, 2016): Efeitos no crescimento Os fungos micorrízicos contribuem para o desenvolvimento e crescimento das espécies vegetais, alcançando valores de até 8000% no crescimento. Isso é possível porque os fungos apresentam ação biorreguladora de produção de substâncias de crescimento que favorecem as alterações bioquímicas e fisiológicas da planta. Além disso, as micorrizas funcionam como um sistema radicular secundário, que favorece e aumenta a superfície de contato e absorção no solo. 105 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 RESPOSTA DE CRESCIMENTO DE GRAMÍNEAS EM RESPOSTA À MICORRIZAÇÃO Fonte: Berbara et al. (2006, p. 59). #pratodosverem: imagem com quatrovasos, sendo dois à esquerda (inoculados e com plantas maiores) e dois à direta (não inoculados e com plantas menores, quando comparados com os vasos à esquerda). Efeitos na nutrição Esse efeito está diretamente relacionado com o aumento do crescimento das plantas. De forma geral, as micorrizam contribuem para o aumento da absorção dos nutrientes, da capacidade de fixação de nitrogênio, de assimilação de carbono e, ainda, contribuem para o incremento na absorção de fósforo. Com isso, é possível inferir que as micorrizas apresentam papel chave no ciclo do fósforo no solo, visto que elas contribuem para aumentar o volume de solo explorado pelas raízes e, com isso, permitem a absorção do fósforo fora da área de esgotamentos dos nutrientes no solo. INFLUÊNCIA DOS FUNGOS MICORRÍZICOS NA DISPONIBILIZAÇÃO DO FÓSFORO PARA 106 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS AS PLANTAS Fonte: Ceretta e Aita (2000, p. 166). #pratodosverem: imagem ilustrativa de como ocorre a participação dos fungos micorrízicos para o aumento da absorção de fósforo pela planta hospedeira. Efeitos no solo Os efeitos no solo estão diretamente relacionados com a estabilidade dos agregados e, consequentemente, com a estruturação do solo. Ou seja, os fungos micorrízicos contribuem para a melhoria da qualidade da estrutura do solo. As hifas dos fungos funcionam como agentes ligantes transitórios das partículas, favorecendo a formação de macroagregados. Além disso, os fungos produzem uma proteína muito estável, que funciona, ainda, como uma cola das partículas. Além dos efeitos supracitados, podemos citar ainda alterações positivas na re- lação solo-planta-água, devido ao aumento da absorção, assim como aumen- to da produção de hormônios vegetais importantes (CERETTA; AITA, 2008). 107 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 5.1.3 PRINCIPAIS TIPOS DE MICORRIZAS Tradicionalmente, as micorrizas são separadas em dois grupos principais, que são as ectomicorrizas e as endomicorrizas. Pode-se dizer que esses grupos “di- ferem entre si pela posição do fungo na raiz e de sua estrutura de associação com a planta” (CERETTA; AITA, 2008, p. 166). Apesar dessa separação, alguns autores indicam ainda as ectendomicorrizas, micorrizas arbutoides, micorri- zas monotroides, micorrizas ericoides e micorrizas de orquídeas (CARDOSO; ANDREOTE, 2016). No entanto, veremos em detalhes sobre as ecto- e endomicorrizas, pois são as que prevalecem na natureza e as que apresentam mais dados na literatura. A) ECTOMICORRIZAS Esse grupo de micorrizas caracteriza-se por apresentar três componentes, que são: o manto fúngico (ou manto de hifas), a ramificação intercelular e as estruturas que ficam externas à raiz, que são as hifas e os rizomorfos (CARDO- SO; ANDREOTE, 2016). ESQUEMA DE ECTOMICORRIZA Fonte: Cardoso e Andreote (2016, p. 188). #pratodosverem: corte transversal demonstrando um esquema de ectomicorriza. 108 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS Dessa forma, as principais funções dos componentes das ectomicorrizas su- pracitados são (MOREIRA; SIQUEIRA, 2006; CERETTA; AITA, 2008; CARDOSO; ANDREOTE, 2016): Manto fúngico Importante para a absorção de nutrientes e água, além de contribuir para moderar a suscetibilidade das plantas aos patógenos do solo (pois funciona como uma barreira física contra a penetração dos microrganismos patogênicos) Ramificação intercelular (rede de Harting) Local onde ocorrem as trocas de nutrientes entre a planta hospedeira e o fungo. Estruturas externas Fundamentais para que haja a conexão com o solo e para que ocorra a formação dos corpos de frutificação (que consistem em estruturas reprodutivas dos fungos, desenvolvidas a partir das hifas). Com isso, as hifas e rizomorfos contribuem para a absorção de nutrientes e água do solo. Esse tipo de associação é muito comum em espécies vegetais de clima tem- perado, como das famílias Pinaceae, Betulaceae, Fagaceae, Dipterocarpa- ceae e Myrtaceae. E os gêneros que se associam pertencem às subdivisões conhecidas como Basidiomycotina e Ascomycotina. Nesse cenário, há uma especificidade fungo-planta hospedeira, principalmente com relação ao nível de gênero e, às vezes, espécie (CERETTA; AITA, 2008). B) ENDOMICORRIZAS São formadas por uma grande variedade de espécies vegetais hospedeiras que formam associações com fungos mutualísticos obrigatórios, pois “[...] completam seu ciclo de vida apenas se estiverem associados a uma planta hospedeira, a qual lhes fornece carboidratos e outros fatores necessários ao seu desenvolvimento e esporulação.” (CERETTA; AITA, 2008, p. 168). 109 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 As endomicorrizas são divididas em diferentes tipos, dos quais o mais conhe- cido é a ‘micorriza arbuscular’, caracterizada pela penetração do micélio do fungo (intercelular e intracelular) dentro das células da planta hospedeira, for- mando estruturas denominadas ‘arbúsculos’ (CARDOSO; ANDREOTTE, 2016). ENDOMICORRIZA (OU MICORRIZA ARBUSCULAR) Fonte: Cardoso e Andreote (2016, p. 182). #pratodosverem: imagem microscópica demonstrando a interação endomicorrízica. A seta na imagem indica o arbúsculo, que é uma estrutura característica desse tipo de micorriza. No geral, as endomicorrizas são as mais disseminadas entre as espécies ve- getais, em que os fungos micorrízicos arbusculares (FMA) podem formar associações com uma ampla gama de plantas (MOREIRA; SIQUEIRA, 2006). Por esse motivo, os FMA são os mais estudados. Com isso, devido à impor- tância e relevância supracitadas, daremos ênfase às micorrizas arbusculares no tópico a seguir. 110 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS 5.2 MICORRIZAS ARBUSCULARES 5.2.1 ASPECTOS GERAIS As micorrizas arbusculares são formadas pelos fungos que apresentam as hifas septadas e que colonizam as espécies de quase todos os gêneros de Gimnospermas e Angiospermas (além de algumas Briófitas e Pteridófitas) existentes na face da Terra (MOREIRA; SIQUEIRA, 2006). De acordo com Cardoso e Andreote (2016), uma micorriza arbúscula apresen- ta, de forma geral, três componentes, que são: • as raízes das plantas; • as estruturas do fungo (que estão dentro e entre as células radiculares); e • o micélio, que está extrarradicular. Essa associação entre o fungo e a raiz promove uma colonização, que pode ser intercelular ou intracelular. COLONIZAÇÃO DAS MICORRIZAS ARBUSCULARES INTERCELULAR (A) E INTRACELULAR (B) Fonte: Berbara et al. (2006, p. 62). #pratodosverem: imagem microscópica da colonização intercelular e intracelular. Sobre as estruturas fúngicas, podemos destacar (BERBARA et al., 2006; MO- REIRA; SIQUEIRA, 2006; CARDOSO; ANDREOTE, 2016): A) ARBÚSCULOS Essas são as estruturas mais características das micorrizas arbusculares. No geral, os arbúsculos se formam internamente às células da planta hos- pedeira, mas ficam separadas por uma membrana denominada perifúngica. Essas estruturas são consideradas como os principais sítios de trocas dos nu- trientes entre fungo-planta. A B 111 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 ARBÚSCULOS Fonte: Moreira e Siqueira (2006, p. 549). #pratodosverem: tipos de arbúsculos que colonizam as células radiculares. Diferentemente dos esporos, hifas e vesículas, os arbúsculos têm um tempo de vida curto (de poucos dias), enquanto as demais estruturas citadas podem permanecer na raiz por meses ou até anos. B) ESPOROS São, basicamente, as estruturas propagativas dos fungos. Uma característica essencial dessas estruturasé que ficam em estado de quiescência e, dessa forma, elas precisam ser ativadas para germinar e cres- cer. Essa característica consiste em uma importante forma de sobreviver, principalmente quando não há condições de crescimento (por exemplo, na ausência de uma planta hospedeira). 112 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS ESPOROS Fonte: Cardoso e Andreote (2016, p. 182). #pratodosverem: tipos de esporos dos fungos micorrízicos arbusculares. Sendo assim, podemos perceber que os esporos são os propágulos dos fun- gos micorrízicos. C) VESÍCULAS Essas estruturas se desenvolvem com a função de acúmulo de reservas em uma parte das associações micorrízicas arbusculares (ou seja, não são todos que apresentam). VESÍCULAS Fonte: Moreira e Siqueira (2006, p. 549). #pratodosverem: tipos de arbúsculos que colonizam as células radiculares. 113 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 E como se inicia a associação? No geral, a associação fungo-planta hospedei- ra se inicia quando um esporo (estrutura propagativa) ou uma hifa responde a um determinado estímulo do sistema radicular, crescendo em direção a esse estímulo (CARDOSO; ANDREOTE, 2016). 5.2.2 CLASSIFICAÇÃO TAXONÔMICA Ao longo das últimas décadas, a classificação taxonômica dos fungos micor- rízicos vem sendo alterada de forma significativa (BERBARA et al., 2006); ela é a primeira classificação dos FMA proposta em 1974, por Gerdemann e Trappe, quando então a classificação era feita de acordo com características da mor- fologia dos fungos da ordem Endogonales (Zigomicota). Já em 1990, dezesseis anos depois, Morton e Benney formularam uma nova classificação, em que os FMS foram colocados em uma nova ordem, denomi- nada Glomales. Essa ordem era composta ainda por duas subordens, que são a Glominea e a Gigasporineae. Dessa forma, essa classificação excluía o gêne- ro das ectomicorrizas. Porém, essa classificação não refletia corretamente a filogenia dos FMA (BERBARA et al., 2006; MOREIRA; SIQUEIRA, 2006). O que é uma classificação taxonômica? Qual a importância dela? De forma geral, a classificação taxonômica consiste na organização dos seres vivos (em Reio, Filo, Classe, Ordem, Família, Gênero e Espécie), a partir das características semelhantes preexistentes. Com isso, a importância fica clara: sem a devida classificação é difícil um estudo preciso e fundamental para o avanço do conhecimento. Como é possível perceber, a discussão sobre como organizar e classificar os FMA seguiu durante muitos anos, a partir de inúmeros estudos na área. Há um consenso geral do filo, que é Glomeromycota. Mas, quanto às divisões de ordem, família, gênero e espécie, têm sido propostas modificações, justa- mente devido ao avanço das pesquisas (BERBARA et al., 2006; FREITAS; CAR- RENHO, 2013). 114 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS Segundo Freitas e Carrenho (2013), atualmente, dois sistemas estão em uso e em discussão. Um deles foi elaborado e proposto por Walker e Schüβler, em 2010, apresentado a seguir. PROPOSTA DE CLASSIFICAÇÃO TAXONÔMICA - WALKER E SCHÜΒLER (2010) Fonte: Freitas e Carrenho (2013, p. 14). #pratodosverem: proposta de taxonomia dos principais fungos micorrízicos arbusculares (FMA). Ainda de acordo com os autores, esse sistema proposto por Walker e Schüβler é considerado mais simples e com menos controvérsias que o sistema pro- posta por Oehl e colaboradores, em 2011, observado a seguir. 115 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 PROPOSTA DE CLASSIFICAÇÃO TAXONÔMICA – OEHL E COLABORADORES (2011) Fonte: Freitas e Carrenho (2013, p. 15). #pratodosverem: proposta de taxonomia dos principais fungos micorrízicos arbusculares (FMA). Esses gêneros apresentados são, atualmente, aceitos pelos taxonomistas e estudiosos da área de FMA. No entanto, existem mais gêneros que são encon- trados e catalogados constantemente, mas que precisam apresentar pesqui- sas sólidas para serem enquadrados nas classificações. 116 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS 5.2.3 EFEITOS NO SOLO As micorrizas apresentam-se como importantes componentes no ciclo do carbono, contribuindo para a entrada, acumulação e estabilização do C no solo, o que favorece significativamente a agregação e, consequentemente, a estruturação do solo. INFLUÊNCIA DAS HIFAS NA FORMAÇÃO DOS AGREGADOS DO SOLO Fonte: Carvalho et al. (2017, p. 12). #pratodosverem: demonstração da participação dos microrganismos na formação dos agregados do solo. Destaque para as hifas fúngicas na imagem. Além disso, somado à melhoria física do solo, há também melhorias nas de- mais propriedades – químicas e biológicas – decorrentes do aporte de mate- rial orgânico constantemente (MOREIRA; SIQUEIRA, 2006). Os agregados do solo são partículas secundárias formadas pelas partículas primárias (areia, silte e argila) a partir da ligação por determinados agentes. Lembra que vimos sobre eles na nossa Unidade 2? Os agregados são fundamentais para a estruturação e, consequentemente, para a qualidade do solo. Fonte: Tisdall e Oades (1982). 117 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 O aporte constante de material orgânico ocorre devido à influência direta de três fatores importantes, que são (BERBARA et al., 2006; MOREIRA; SIQUEIRA, 2006): Produção primária Isso ocorre devido ao impacto direto na absorção de água e de nutrientes. Dessa forma, os FMA produzem e liberam para as plantas e para o solo os compostos orgânicos, via exsudados. Estabilidade dos agregados A estabilidade acontece graças às forças físicas exercidas pelas hifas, e ainda pela atuação da glomalina, que consiste em uma glicoproteína hidrofóbica que atua como uma cola entre as partículas. Ao favorecer a estabilidade dos agregados, há também a redução dos processos erosivos. Imensa biomassa Essa biomassa contribui para que as raízes consigam explorar o máximo de solo possível. Com isso, as hifas e a glomalina atuam em uma considerável porção do solo. Podemos perceber que a presença da associação FMA-planta traz inúmeros benefícios, tanto para a planta e sua nutrição quanto para o solo. E nessa as- sociação existem inúmeros componentes envolvidos no sistema, com suas inter-relações bem definidas, de forma que todos os fatores envolvidos se apresentam beneficiados de alguma forma. Observe a figura a seguir. 118 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS COMPONENTES DO SISTEMA FUNGO-PLANTA-SOLO E SUAS RELAÇÕES Fonte: Moreira e Siqueira (2006, p. 578). #pratodosverem: imagem ilustrativa das interações que ocorrem entre os fungos, as plantas e o solo. Segundo Moreira e Siqueira (2006), os fungos, por exemplo, estão diretamen- te relacionados com a planta, contribuindo para a absorção de água, enquan- to a planta fornece para o fungo os exsudados e fotoassimilados (importantes fontes de energia). Outro exemplo consiste na relação FMA-solos, em que o solo contribui com o pH, a umidade e a temperatura adequados, e o fungo favorece a agregação e a exploração de diferentes sítios, graças à expansão das hifas (MOREIRA; SI- QUEIRA, 2006; CARVALHO et al., 2017). 119 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 COMPONENTES DO SISTEMA FUNGO-PLANTA-SOLO E SUAS RELAÇÕES Fonte: Moreira e Siqueira (2006, p. 578). #pratodosverem: imagem ilustrativa das interações que ocorrem entre os fungos, as plantas e osolo. Com essa exploração, os nutrientes que estão em locais mais isolados da ri- zosfera podem ser absorvidos, o que favorece a nutrição da planta e a cicla- gem de nutrientes (CARVALHO et al., 2017). 120 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS CONCLUSÃO Esta unidade objetivou-se a fornecer os conhecimentos sobre as micorrizas, que são as associações que ocorrem entre fungos do solo e as plantas. Essas associações contribuem para diversos benefícios, como a melhoria da nutri- ção das espécies vegetais que estão na simbiose. Além disso, vimos que existem dois grandes grupos de micorrizas, que são a ectomicorrizas e as endomicorrizas. Pela nomenclatura, já percebemos a dife- rença entre elas: a primeira não coloniza as células internamente; a segunda sim. As endomicorrizas colonizam inter e intracelularmente. Vimos nesta unidade também que as endomicorrizas promovem a asso- ciação com uma ampla gama de espécies vegetais. Por isso, ela vem sen- do apontada como uma das mais importantes e, por isso, mais estudadas. A principal característica desse grupo de micorrizas é a formação de arbúsculos e, por isso, é denominado micorrizas arbusculares. 121 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MATERIAL COMPLEMENTAR Para saber mais sobre este tema leia os artigos a seguir: 1. Micorrizas Arbusculares como Indicador Biológico para Seleção de Mode- los de Agroecossistemas Multifuncionais: 2. Frutícola . 2. Relação de fungos micorrízicos arbusculares e rizobactérias no cresci- mento de mudas de oliveira (Olea europa ea). 3. Produtividade da soja em associação ao fungo micorrízico arbuscular Rhizophagus clarus cultivada em condições de campo . 4. Fungos micorrízicos arbusculares nas plantas e características químicas dos solos de clareiras da Província Petrolífera de Urucu, AM . 5. Fungos micorrízicos arbusculares e biocarvão como ferramentas susten- táveis no cultivo do morangueiro: uma revisão narrativa . https://periodicos.ufpe.br/revistas/rbgfe/article/viewFile/248442/39573 https://periodicos.ufpe.br/revistas/rbgfe/article/viewFile/248442/39573 https://www.scielo.br/j/cflo/a/jmRDWMv5NWCydVFpMbVQHXB/?format=pdf&lang=pt https://www.scielo.br/j/cflo/a/jmRDWMv5NWCydVFpMbVQHXB/?format=pdf&lang=pt https://www.revistas.udesc.br/index.php/agroveterinaria/article/view/14957/pdf https://www.revistas.udesc.br/index.php/agroveterinaria/article/view/14957/pdf http://sustenere.co/index.php/rica/article/view/CBPC2179-6858.2019.005.0006/1732 http://sustenere.co/index.php/rica/article/view/CBPC2179-6858.2019.005.0006/1732 https://downloads.editoracientifica.com.br/articles/220910247.pdf https://downloads.editoracientifica.com.br/articles/220910247.pdf UNIDADE 6 OBJETIVO Ao final desta unidade, esperamos que possa: 122 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS > Compreender a biotecnologia, entendendo os principais conceitos e definições, além das técnicas e produtos biotecnológicos aplicados à área de ciências agrárias. > Compreender a aplicabilidade da biotecnologia na proteção de plantas e na promoção de uma agricultura mais sustentável. 123 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS 6 BIOTECNOLOGIA: VISÃO GERAL E APLICADA A SUSTENTABILIDADE DOS SISTEMAS AGRÍCOLAS INTRODUÇÃO DA UNIDADE Esta unidade abordará a biotecnologia, tratando-a tanto de forma geral quanto sua aplicabilidade a fim de promover uma agricultura mais susten- tável. Assim, podemos dizer que a biotecnologia consiste no conjunto de técnicas que podem ser aplicadas em seres vivos (ou parte deles), para um determinado objetivo. No caso da agricultura, algumas técnicas de bases biotecnológicas já são muito utilizadas e são consideradas, ainda, como uma revolução, a exemplo da cultura de tecidos, da fixação biológica do nitrogênio (FBN), da utilização de fungos micorrízicos, do biocontrole de pragas e doenças e plantas geneti- camente modificadas. Dessa forma, é possível perceber a importância da biotecnologia, cujo estudo e aplicabilidade tem a capacidade de trazer desenvolvimento econômico e/ ou social, em virtude da potencialização da produção. 6.1. CONHECENDO A BIOTECNOLOGIA: UMA VISÃO GERAL 6.1.1 BASES, CONCEITOS E DEFINIÇÕES Conceitualmente, a biotecnologia corresponde à junção de dois termos: bio- logia e tecnologia. Nesse sentido, a biotecnologia pode ser definida como “o uso de organismos vivos ou parte deles para a produção de bens e serviços” (FALEIRO; ANDRADE, 2011, p. 13). No entanto, atualmente, sabe-se que a bio- tecnologia consiste na “ciência multidisciplinar que se utiliza de processos biológicos, organismos, células ou componentes celulares para o desenvolvi- mento de novas tecnologias” (VALANDRO; CAGLIARI, 2021, p. 56). 124 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 PRINCIPAIS ÁREAS DA BIOTECNOLOGIA Fonte: Valandro e Cagliari (2021, p. 57). #pratodosverem: fluxograma mostrando a ligação entre as áreas que compõe a biotecnologia. Ou seja, a biotecnologia consiste no desenvolvimento de produtos, práticas e/ou processos que apresentam alguma função econômica e/ou social. Por isso, a biotecnologia está diretamente relacionada a vários profissionais, das mais diversas áreas do conhecimento (disciplinas), gerando técnicas e produ- tos (FALEIRO; ANDRADE, 2011). 125 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS DISCIPLINAS (A), TÉCNICAS (B) E PRODUTOS (C) DA CIÊNCIA DENOMINADA COMO BIOTECNOLOGIA Fonte: Faleiro e Andrade (2011, p. 12). #pratodosverem: três quadros mostrando a palavra biotecnologia ao centro. No primeiro, estão indicadas as disciplinas relacionadas com a biotecnologia. No segundo, ao centro, estão as técnicas e, no terceiro e último quadro, estão indicados os produtos biotecnológicos. 126 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 Nesse cenário, podemos considerar que a biotecnologia consiste em uma fon- te de informações fundamentais para a sociedade como um todo, trazendo inúmeros benefícios em produtos biotecnológicos, como vacinas (para hu- manos e para animais domésticos), antibióticos e vitaminas, multiplicação de recursos genéticos, informações e aplicabilidades sobre as bactérias fixadoras de nitrogênio e os fungos micorrízicos arbusculares, além de outros produ- tos biotecnológicos, como plantas e animais melhorados geneticamente e biofungicidas, por exemplo (FALEIRO; ANDRADE, 2011; VALANDRO; CAGLIARI, 2021). Após estudar as bactérias fixadoras do nitrogênio e os fungos micorrízicos, além da importância deles para o crescimento e desenvolvimento das plantas, você consegue pontuar a importância da biotecnologia para a produtividade agrícola? Você sabia que existe a biotecnologia relacionada à agricultura? Também co- nhecida como biotecnologia vegetal, essa área está diretamente relacionada a pontos importantes da produção agrícola, visando ao processo de melhora- mento genético para aumentar tanto a produtividade quanto a qualidade nu- tricional das espécies cultivadas para alimentação (VALANDRO; CAGLIARI, 2021). Além disso, com a biotecnologia vegetal é possível reduzir os problemas fitossa- nitários, devido à diminuição da chance de ataque de pragas e doenças, o que favorece a redução da dependência dos agroquímicos. A redução da depen- dência dos agroquímicos contribui, ainda, para a promoção de uma agricultura mais limpa e consequentemente mais sustentável (LYSON, 2002; VALANDRO; CAGLIARI, 2021). Veremos tudo isso em detalhes ao longodesta unidade. 6.1.2 HISTÓRICO E EVOLUÇÃO Na literatura, é possível identificar divergências quanto ao início da biotecno- logia. 127 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS Segundo Faleiro e Andrade (2011, p. 16), a biotecnologia teve o seu inicio muito antes, junto da agricultura, [...] ou seja, com a capacidade do homem de domesticar plantas e animais para seu benefício. Estima-se que 8000 anos a.C., na Mesopotâmia, berço da civilização, os povos selecionavam as melhores sementes das melhores plantas para aumentar a colheita. Outro exemplo histórico da biotecnologia é a utilização da levedura na fermentação da uva e do trigo para produção de vinho e pão, o que já acontecia por volta de 7000 anos a.C. No entanto, obviamente, os povos antigos não sabiam que eram os micror- ganismos os responsáveis pela fermentação, pois esses só foram descober- tos em 1675 por Anton Van Leeuwenhoek. E foi somente em 1862 que Louis Pasteur descobriu a associação que existia entre os microrganismos com a fermentação (FALEIRO; ANDRADE, 2011). VAN LEEUWENHOEK (PRIMEIRA IMAGEM) E LOUIS PASTEUR (ÚLTIMA IMAGEM) – DESCOBERTA DOS MICRORGANISMOS E DA PARTICIPAÇÃO DELES NA FERMENTAÇÃO Fonte: Faleiro e Andrade (2011, p. 15). #pratodosverem: sequência de cinco imagens mostrando a descoberta dos microrganismos e da influência deles na fermentação, iniciando na primeira imagem com Van Leeuwenhoek e finalizando a sequência com Louis Pasteur. Por outro lado, alguns pesquisadores indicam que a história da biotecnologia teve seu início no começo do século passado (VALANDRO; CALEGARI, 2021). Por isso que, atualmente, podemos separar a origem e evolução em biotec- nologia tradicional e biotecnologia moderna (PORTUGAL, 2000; ABIA, 2002; 128 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 AVELIM, 2005; FALEIRO; ANDRADE, 2011; VALANDRO, CALEGARI, 2021) Biotecnologia tradicional Consiste na biotecnologia desenvolvida desde a antiguidade, como pelas civilizações egípcias e gregas que utilizavam o macerado de uvas para a fabricação de pães e cerveja. Nesse cenário, podemos perceber que é uma biotecnologia mais primitiva, ou seja, mais arcaica. Dois pontos muito importantes • os experimentos desenvolvidos por Mendel, com as ervilhas, que promoveu os conhecimentos sobre a genética, funcionando como fundamentos e bases para a biotecnologia moderna; e • a descoberta da penicilina (antibiótico) por Alexander Fleming Biotecnologia Moderna (a partir da década de 50) O marco da biotecnologia moderna foi à descoberta da estrutura do ácido desoxirribonucleico (DNA), que consiste na molécula responsável pelas informações genéticas dos organismos vivos. Essa descoberta foi feita em 1953 por James Watson e Francis Crick. Após essa descoberta, houve uma completa revolução na genética e biologia molecular. Vários avanços foram alcançados, como, por exemplo, o primeiro organismo transgênico: a Eschericha coli contendo genes do DNA de Xenopus laevis. Por meio dessas técnicas, foi possível a produção de insulina humana, além de inúmeras espécies transgênicas de plantas. GREGOR MENDEL (À ESQUERDA) E ALEXANDER FLEMING (À DIREITA) Fonte: Faleiro e Andrade (2011, p. 18). #pratodosverem: imagem dos pesquisadores/cientistas que apresentam importância indiscutível para a biotecnologia moderna. 129 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS Um exemplo clássico da biotecnologia moderna foi à clonagem da ovelha Dolly, em 1996, sendo o primeiro mamífero a ser clonado a partir de células mamárias de uma ovelha em fase adulta. Nesse caso foi utilizada uma técnica conhecida como “transferência somática de núcleo” (FALEIRO; ANDRADE, 2011). DNA DE FITA DUPLA Fonte: Árias (2004, p. 5). #pratodosverem: representação esquemática do DNA. Além do exemplo da ovelha Dolly, muitas técnicas e produtos já foram (e se- guem sendo) desenvolvidos pela biotecnologia moderna, como nós veremos a seguir. Para saber mais sobre a história da ovelha Dolly, a ovelha mais famosa do mundo, leia a reportagem disponível aqui . 6.1.3 TÉCNICAS E PRODUTOS BIOTECNOLÓGICOS As técnicas e os produtos biotecnológicos podem ser aplicados nas mais dife- rentes áreas, como no setor industrial, meio ambiente, alimentação, pecuária agricultura, conforme destacado no quadro a seguir: https://revistagalileu.globo.com/Ciencia/noticia/2016/07/como-foi-clonagem-da-ovelha-dolly.html 130 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 TÉCNICAS, PRODUTOS E/OU PROCESSOS RESULTANTES DA BIOTECNOLOGIA Setor Técnica, produto e/ou processo Industrial - Plásticos e demais polímeros. - Papel e celulose, onde enzimas são utilizadas para a produção do papel. - Detergentes para fins têxteis e, também, mais eficientes. Cada tipo utilizado para uma finalidade. - Produção de acetona, produto importante como solvente. - Ácidos em geral (como, por exemplo, clorídrico, fluorídrico, fosfórico, acético). Meio ambiente - Biorremediação, que consiste na recuperação de áreas a partir da eliminação de determinados poluentes (como, por exemplo, microrganismos que conseguem degradar determinados compostos poluentes, como o petróleo). - Utilização de agentes biológicos, tais como plantas e organismos do solo, para degradação de compostos específicos. - Produção de biopolímeros, que são materiais biodegradáveis e, com isso, não polui. 131 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS Alimentação - Produção de bebidas como cervejas e vinhos, assim como bebidas destiladas. - Produção de pães. - Produção de laticínios, tais como queijos e bebidas lácteas. - Produção de adoçantes, molho shoyu (a base de soja) e vinagre. - Inclusão de proteínas nas rações animais (aumento da qualidade nutricional). - Utilização de alimentos transgênicos. - Produção e disponibilização de alimentos para diabéticos (ou para pessoas que apresentam algum tipo de intolerância). Pecuária - Pesquisa e desenvolvimento de medicamentos e vacinas para uso veterinário. - Melhoramento genético dos animais, visando o aumento da produtividade. - Promoção de alimentação baseada, em virtude do ajuste nutricional das rações. - Promoção de fertilização in vitro e potencialização do desenvolvimento dos embriões. Agricultura - Produção de adubos de menos impacto ao ambiente. - Produção de agroquímicos biologicamente ativos, como biopesticidas. - Plantas transgênicas, que apresentam maior valor nutritivo e, ainda, maior resistência a pragas e também a condições desfavoráveis ou adversas. - Processos utilizados para o tratamento de efluentes industriais, assim como os pecuários, agrícolas e domésticos. Fonte: adaptado de Faleiro e Andrade (2011) e Bruno et al. (2014). 132 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 É importante deixar claro que a área biotecnológica segue em crescimento e, por isso, é considerada muito promissora. Sendo assim, as técnicas e produtos biotecnológicos vão continuar surgindo, o que é fundamental para o proces- so de desenvolvimento (BRUNO et al., 2014). Com o aumento populacional em uma taxa exponencial, estratégias biotec- nológicas que proporcionam incremento de produtividade são essenciais. Diante do exposto nos diferentes setores, pode-se dizer que a biotecnologia, até os dias atuais, contribuiu para inúmeros benefícios de desenvolvimento. 6.2. BIOTECNOLOGIA APLICADA A PROTEÇÃO DE PLANTAS E PROMOÇÃO DA AGRICULTURA SUSTENTÁVEL 6.2.1 ASPECTOS GERAIS A biotecnologia aplicada às plantas é denominada como biotecnologia ve- getale tem como objetivo principal “a melhoria de diferentes espécies para obter variedades vegetais com características desejáveis” (BAJAY; SORIANO, 2018, p.15). Para a obtenção dessas características, ocorre o que chamamos de melhora- mento genético vegetal, que contribui para que as plantas adquiram resis- tência aos mais diferentes fatores (bióticos e abióticos). Com essa resistência, há possibilidade de maior proteção e, ainda, promoção de uma agricultura mais sustentável, em virtude da diminuição da quantidade de agroquímicos utilizados (como inseticidas, por exemplo) (BRUNO et al., 2014; BAJAY; SORIA- NO, 2018). 133 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS Você já ouviu o termo melhoramento genético? Ele consiste no processo de seleção e promoção de modificações (de forma intencional) no material genético de um indivíduo. E qual o objetivo disso? As modificações visam à obtenção de determinadas características de interesse, como deixar a planta resistente à determinada doença ou composto químico. Na biotecnologia vegetal, dois pontos são muito importantes : a biologia mo- lecular e a cultura de tecidos. Essas técnicas deram origem a uma ampla va- riedade de aplicações na área da biotecnologia vegetal, como a micropropa- gação vegetal e o cultivo de meristemas (BAJAY; SORIANO, 2018). EXEMPLO DA PRÁTICA DE CULTURA DE TECIDOS Fonte: Andrade (2002). #pratodosverem: sequência mostrando como é realizada a técnica de cultura de tecidos. Por isso, podemos afirmar que graças ao desenvolvimento e à aplicação das práticas tecnológicas supracitadas, os avanços foram possíveis, visto que é a partir deles que as barreiras com relação às características genéticas e repro- dutivas dos seres vivos foram superadas (FALEIRO; ANDRADE, 2011; BAJAY; SORIANO, 2018). 134 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 A cultura de tecidos é uma forma de cultivo de células. Segundo Bajay e So- riano (2018, p.23), a cultura de tecidos [...] é definida como o cultivo de células, tecidos ou órgãos, em condições de assepsia e meios de cultura artificiais, permitindo obter indivíduos resistentes a fatores de estresse, biótico ou abiótico, ou ainda, com características desejáveis do ponto de vista agronômico. Diante disso, podemos perceber que a biotecnologia vegetal vem contribuin- do com inúmeros benefícios. De acordo com Bajay e Soriano (2018, p. 15), é possível promover a variabilidade genética em programas de melhoramento vegetal, por meio da incorporação de novas tecnologias ou da realização de cruzamentos e testes genéticos. Dentre as ferramentas biotecnológicas que podem ser utilizadas nesses programas, destacam-se a hibridação somática por fusão de protoplastos e a transformação genética. Todos esses avanços são importantes para atingirmos uma ampla gama de aplicações da biotecnologia vegetal. Nesse cenário, as modificações das espé- cies vegetais, por programas de melhoramentos genéticos, favorecem a resis- tência e tolerância, bem como a utilização correta e eficaz dos agroquímicos (BAJAY; SORIANO, 2018). Para saber mais sobre a biotecnologia vegetal, assista ao vídeo da Epagri, disponível aqui . Esses fatores apresentam como principais vantagens a melhoria da qualida- de dos produtos produzidos, a redução dos custos de produção (em virtude da diminuição da quantidade de insumos externos) e a manutenção da qua- lidade ambiental (principalmente dos recursos edáficos e hídricos) (FALEIRO; ANDRADE, 2011; BRUNO et al., 2014; BAJAY; SORIANO, 2018). 6.2.2 BIOTECNOLOGIA NA PROTEÇÃO DE PLANTAS As aplicações da biotecnologia, no que tange ao melhoramento genético das espécies vegetais (como vimos no tópico anterior), são inúmeras. Uma dessas aplicações é o melhoramento para a promoção da resistência das plantas, https://www.youtube.com/watch?v=3h74hyMp4PI 135 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS seja ao ataque de pragas ou doenças. Assim, podemos perceber que a biotec- nologia contribui para uma proteção das plantas (FALEIRO; ANDRADE, 2011; BAJAY; SORIANO, 2018). Para saber mais sobre o melhoramento genético, assista ao vídeo da EPAGRI, que explica o melhoramento da maçã, disponível aqui . BIOTECNOLOGIA Fonte: Freepik (2023) #pratodosverem: vista frontal de pesquisadora com tubo de ensaio e planta no laboratório de biotecnologia. https://www.youtube.com/watch?v=32ERWvyl0u4 136 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 A proteção das plantas por meio de melhoramento genético ocorre graças à capacidade de isolamento de genes das pragas ou patógenos que são “re- passados” para as espécies vegetais, transformando-as em plantas geneti- camente modificadas (PGM) ou ainda popularmente chamadas de plantas transgênicas (NEPOMUCENO et al., 2007; FALEIRO et al., 2011). Essa transferência de genes é uma estratégia muito importante para conferir a resistência e já vem sendo aplicada há alguns anos. De acordo com Nepo- muceno et al. (2007), em 1994, a primeira PGM foi lançada, que consistia em plantas de tomate (Flavor-Savor®) que apresentavam maior tempo de vida de prateleira. Gene é um segmento do DNA, que é responsável pelas características que são herdadas geneticamente. Ele pode ser considerado como um código genético. Tempo de prateleira é o termo que indica a vida útil de um produto considerado como perecível. Ou seja, é o tempo que determinado alimento consegue conservar as suas características como sabor, cor, textura e, ainda, as nutricionais. Segundo Nepomuceno et al. (2007), após esse caso de sucesso do tomate, muitos outros foram sendo realizados, como, por exemplo: Plantas resistentes a herbicidas Como a soja, o algodão e o milho resistentes ao Roundup, nome comercial dado ao herbicida à base de glifosato, um herbicida não seletivo capaz de eliminar qualquer planta na área. Plantas resistentes a insetos Alguns exemplos são os genes Cry1Ab, Cry1Ac e os genes obtidos de Bacillus thuringiensis. 137 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS Plantas resistentes ao ataque de patógenos como os vírus Exemplos são: gene CMV-CP, Cucumber Mosaic Virus Coat Protein; gene PRV-CP, Papaya Ringspot Virus Coat Protein. Segundo Bajay e Soriano (2018), há dois exemplos clássicos da modificação genética para proteção das plantas que merecem destaque: Transformação genética indireta “[...] A transformação genética indireta, aquela que utiliza um vetor natural, como a Agrobacterium tumefaciens [...], que transmite a planta genes de interesse, como resistência à seca ou produção de peptídeos antibacterianos”. (BAJAY; SORIANO, 2018, p. 24) Genes das endotoxinas “[...] o caso dos genes das endotoxinas, identificados a partir de uma bactéria do solo, Bacillus thuringiensis. Essas endotoxinas são pesticidas naturais e a sua produção pela planta pode garantir uma proteção ao ataque de pragas”. BAJAY; SORIANO, 2018, p. 26). 138 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MECANISMO DE TRANSFERÊNCIA DOS GENES Fonte: Bajay e Soriano (2018, p. 25). #pratodosverem: sequência mostrando como ocorre a transferência do gene. Sendo assim, fica claro como a biotecnologia contribui para a proteção das plantas: determinados genes, que conferem a proteção, são retirados de um organismo e repassados para as plantas. Percebe? Dessa forma, as plantas são geneticamente modificadas, apresentando uma determinada proteção caso a caso. 139 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIADOS SOLOS 6.2.3 BIOTECNOLOGIA PARA A SUSTENTABILIDADE AGROPECUÁRIA A biotecnologia vegetal deve ser pensada e realizada visando à sustentabilida- de econômica e, também, ambiental, possibilitando uma visão sistêmica, con- siderando todos os impactos da aplicação das técnicas, processos e/ou práticas tecnológicas nas plantas (FALEIRO; ANDRADE, 2011; BAJAY; SORIANO, 2018). Visão sistêmica é aquela que considera e compreende o todo, analisando cada ponto, conceito e/ou situação aplicável ao contexto. Nesse cenário, com a aplicação da biotecnologia para a proteção e, conse- quentemente, maior resistência das plantas (a pragas, doenças e/ou produtos como os herbicidas), têm-se uma consequência muito positiva para a susten- tabilidade agropecuária, que consiste na redução da necessidade de utiliza- ção de agroquímicos em larga escala, como os produtos fitossanitários (FA- LEIRO; ANDRADE, 2011). Produtos sanitários são os agroquímicos utilizados com o objetivo de manter a sanidade da planta, ou seja, eliminar ou diminuir os riscos de ataque de pragas, doenças ou plantas daninhas. Alguns exemplos são: herbicidas (contra plantas daninhas), inseticidas (contra insetos) e nematicidas (contra nematoides). De acordo com Faleiro e Andrade (2011), com a redução e/ou eliminação da necessidade de aplicação dos agroquímicos, há menores chances de impac- tos ambientais relacionados, principalmente, à contaminação dos recursos naturais, como o solo e a água. 140 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 REPRESENTAÇÃO DA CONTAMINAÇÃO DOS RECURSOS NATURAIS Fonte: Belchior et al. (2014, p. 140). #pratodosverem: esquema representativo de como pode ocorrer a contaminação dos recursos naturais, como o solo e água. Esse ponto de redução e/ou eliminação da utilização dos agroquímicos é de suma importância, visto que, ao longo dos últimos anos, vários levantamentos vêm sendo realizados e apontam a presença de produtos químicos na água de abastecimento de diversos municípios pelo país. Por exemplo, em 2019, o Jornal da USP (Universidade de São Paulo) fez um levantamento e constatou que pesticidas chegavam as torneiras de uma em quatro cidades brasilei- ras, o que é extremamente alarmante, visto que as pessoas consomem essas águas contaminadas (TEIXEIRA, 2019). AGROQUÍMICOS Fonte: Freepik (2023) #pratodosverem: agricultor trabalhando no campo e pulverização de produtos químicos. 141 MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS Nesse contexto, como benefícios ambientais das PGMs, a Embrapa (online) destaca que [...] os cultivos transgênicos não só são mais seguros para o meio ambiente, como também oferecem benefícios em relação aos convencionais no que diz respeito à preservação do planeta. Isso porque as plantas transgênicas disponíveis no mercado reduzem a necessidade de aplicação de agrotóxicos no combate às pragas. Assim, gasta-se menos água no preparo de agrotóxicos e menos combustível é utilizado pelos tratores e máquinas de aplicação desses produtos nas lavouras. A engenharia genética torna algumas lavouras mais produtivas e, de certa forma, contribui para reduzir a necessidade de expandir o plantio para novas áreas. Outro ponto importante consiste na produção de polímeros biodegradáveis, que podem substituir os plásticos convencionais. Nesse cenário, é possível substituir produtos altamente poluentes e que ficam anos no Planeta antes de serem decompostos (no caso dos plásticos, demora-se cerca de 450 anos para decomposição) por produtos facilmente degradados (BAJAY; SORIANO, 2018). CONCLUSÃO Esta unidade objetivou-se a fornecer os conhecimentos sobre a biotecnolo- gia, tanto de forma mais geral quanto de forma aplicável às plantas. Nesse sentido, vimos que a biotecnologia consiste em um importante avanço no desenvolvimento de produtos, práticas e/ou processos que apresentam algu- ma função econômica, ambiental e/ou social. Vimos a biotecnologia vegetal, que é a biotecnologia aplicada às plantas. Essa área apresenta a capacidade de gerar e produzir inúmeros produtos que apre- sentam benefícios fundamentais, tanto para atender as necessidades huma- nas com relação aos alimentos, quanto para atender as questões ambientais. 142 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 MATERIAL COMPLEMENTAR Para saber mais sobre este tema leia os artigos a seguir: 1. Fatores importantes na escolha de plantas geneticamente modificadas com tecnologia Bt. 2. Biotecnologia na agricultura. 3. Agrotóxicos e seus impactos na saúde humana e ambiental: uma revisão sistemática. D 4. Alimentos transgênicos: impactos na saúde humana e ambiental. 5. Biotecnologia e Alimentos Geneticamente Modificados: Uma Revisão. . https://www.infoteca.cnptia.embrapa.br/infoteca/bitstream/doc/1147029/1/CPACT-Documentos-522.pdf https://www.infoteca.cnptia.embrapa.br/infoteca/bitstream/doc/1147029/1/CPACT-Documentos-522.pdf https://www.scielo.br/j/ea/a/rckkXMJ7cc6hxPhbNFhVWGm/?format=pdf&lang=pt https://www.scielo.br/j/sdeb/a/bGBYRZvVVKMrV4yzqfwwKtP/?format=pdf&lang=pt https://www.scielo.br/j/sdeb/a/bGBYRZvVVKMrV4yzqfwwKtP/?format=pdf&lang=pt https://rsdjournal.org/index.php/rsd/article/view/36511/30572 https://rsdjournal.org/index.php/rsd/article/view/36511/30572 https://revistas.unijui.edu.br/index.php/contextoesaude/article/view/5591 https://revistas.unijui.edu.br/index.php/contextoesaude/article/view/5591 143 MICROBIOLOGIA DOS SOLOS MULTIVIX EAD Credenciada pela portaria MEC nº 767, de 22/06/2017, Publicada no D.O.U em 23/06/2017 REFERÊNCIAS ABIA. Alimentos Geneticamente Modificados, Segurança Alimentar e Ambiental. 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CONHECENDO A BIOTECNOLOGIA: UMA VISÃO GERAL 6.2. BIOTECNOLOGIA APLICADA A PROTEÇÃO DE PLANTAS E PROMOÇÃO DA AGRICULTURA SUSTENTÁVEL