COLETA, PREPARO E ANÁLISE MICROBIOLÓGICA DO SOLO

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COLETA, PREPARO E ANÁLISE
MICROBIOLÓGICA DO SOLO
A microbiologia do solo é o ramo da ciência que trata do estudo dos
microrganismos que vivem nesse ambiente, suas atividades e como eles afetam as
propriedades do solo, em ambientes naturais ou agrícolas. Os principais micro-
organismos do solo são representados pelas bactérias, fungos, arqueias, algas,
protozoários e microfauna. Compõem esse sistema, também, os vírus, parasitas
intracelulares obrigatórios, que desempenham funções importantes no controle das
populações no solo.
O termo microbioma foi usado pela primeira vez por Joshua Lederberg, que o
definiu como "a comunidade ecológica de microrganismos comensalistas, simbiontes
ou patogênicos, que literalmente ocupam o espaço de nosso corpo", referindo-se, na
ocasião, ao microbioma humano (LEDERBERG; MCCRAY, 2001). Já em 2002, esta
definição foi simplificada para "microrganismos associados aos humanos" (THE
HUMANMICROBIOME PROJECT CONSORTIUM, 2012). Atualmente, esse termo é usado
para descrever o conjunto de microrganismos que ocupam conjuntamente um
ambiente.
Os solos apresentam uma estruturação das comunidades microbianas,
composto principalmente pelos filos acidobacteria, actinobacteria, proteobacteria,
verrucomicrobia, bacteroidetes, firmicutes e planctomycetes.
Parte essencial do sistema solo, os organismos que o habitam têm funções de
grande importância, sendo consideradas atualmente como mais importantes do que
previamente imaginado (Figura 1).
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Entre as mais diferentes funções atribuídas a esses organismos estão algumas
amplamente conhecidas, como a degradação de compostos orgânicos e conseguinte
ciclagem de nutrientes, e outras mais específicas, como a fixação biológica de
nitrogênio ou o auxílio às plantas na absorção de nutrientes.
Figura 1 – Esquema da estrutura, composição e organização de um agregado de solo. Fonte: adaptado de Cardoso e
Andreote (2016).
Numa visão global desse conceito, a diversidade microbiana dos solos é
responsável pelos chamados serviços ecossistêmicos, caracterizados pelo conjunto de
funções do ecossistema e dos recursos biotecnológicos supridos de forma
determinante pela microbiota. Entre esses, enumeram-se características essenciais ao
solo, como a pedogênese, ciclagem do nitrogênio, transformação da matéria orgânica,
processos biotecnológicos, como a utilização da microbiota como alimento, promotora
da biorremediação e do biocontrole, e como promotora de processos de polinização
(Figura 2). Esse é um tema ainda pouco explorado com os recursos mais modernos de
acesso à microbiota do solo, e, portanto, bastante promissor na elevação da
importância desse componente para o funcionamento de todo o sistema.
O solo é um ambiente dinâmico e complexo, entender e aprofundar os
conhecimentos na microbiologia presente no sistema resulta em maior produtividade
de forma sustentável, conservando o seu solo.
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Figura 2 – Variação dos serviços ecossistêmicos dos solos. Fonte: adaptado de Pimentel et al. (1997).
MATÉRIA ORGÂNICA
A matéria orgânica do solo (MOS) é resultado da mistura de componentes de
origem biológica (restos de decomposição em diferentes estágios evolutivos),
microrganismos e materiais vegetais não decompostos, além de compostos produzidos
pelo homem, conhecidos como xenobióticos.
A distribuição da MOS não é uniforme e varia de acordo com a origem e as
propriedades físicas, químicas e mineralógicas dos solos. A maior atividade biológica
do solo situa-se, de modo geral, na camada de 0 a 20cm de profundidade, pois aí
ocorre maior acumulação da matéria orgânica pela deposição de material vegetal da
parte aérea, além do efeito das raízes.
A matéria orgânica influencia as propriedades do solo, a disponibilidade de
nutrientes para a multiplicação de células microbianas e das plantas, e regula a
ciclagem do carbono e sua estabilização. Mudanças no status nutricional do solo, como
a redução do conteúdo de matéria orgânica, afeta sua diversidade microbiana.
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A CICLAGEM DOS NUTRIENTES NO SOLO
Na natureza, a matéria orgânica circula de forma cíclica. O trajeto das
substâncias do ambiente abiótico para o mundo dos seres vivos e o seu retorno ao
mundo abiótico completam o chamado ciclo biogeoquímico. O termo é derivado do
fato de que há um movimento cíclico de elementos que formam os organismos vivos
(bio) e o ambiente geológico (geo), no qual intervêm mudanças químicas. Em qualquer
ecossistema existem tais ciclos. Os ciclos biogeoquímicos ou ciclos da matéria
constituem o processo que garante a reposição de elementos químicos contidos sob
quaisquer formatos (livre na natureza, fixos no solo ou nas rochas, congelados ou
incorporados a algum ser vivo) que, em um ecossistema, garantem a manutenção da
vida ao longo de todos os tempos.
A heterogeneidade do solo também se dá em relação à disponibilidade de
nutrientes. De maneira geral, o solo é um ambiente caracterizado pela oligotrofia
(baixa disponibilidade de nutrientes), mas apresenta a ocorrência de hot spots, que são
zonas que têm uma elevada atividade biológica devido à presença de fontes
nutricionais biodisponíveis. Alguns exemplos de hot spot do solo são as zonas de
acúmulo de matéria orgânica e as frações do solo mais próximas à raiz das plantas,
conhecidas como rizosfera (região do solo influenciada pelas raízes, com máxima
atividade microbiana). É nesses hot spots que a maior parte da vida se desenvolve no
solo. Há presença de formas de vida em toda extensão do solo, porém, é nessas áreas
que os seres vivos se tornam mais abundantes e ativos.
CICLO DO CARBONO
Na biosfera, os grandes reservatórios de carbono (C) estão sob a forma de
combustíveis fósseis ou na forma de carbonatos dissolvidos nas águas oceânicas. No
entanto, a fração do carbono do solo suscetível a ser utilizada no processo nutricional
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dos organismos que ocupam esse nicho ocorre principalmente sob a forma de carbono
orgânico. Os teores de carbono em formas orgânicas (C orgânico) no solo estão
diretamente relacionados à biosfera, sendo originados primariamente por meio do
processo da fotossíntese, assimilados e posteriormente incorporados à matéria
orgânica do solo (MOS).
O ciclo do carbono (Figura 3) é uma trajetória realizada no meio ambiente por
um elemento químico essencial para a manutenção da vida. No caso do ciclo do
carbono, esse elemento sai do meio ambiente para os seres vivos e volta logo em
seguida para o meio. O carbono faz parte de todas as moléculas orgânicas,
fundamentais para os seres vivos. Além disso, o elemento está presente em boa parte
dos materiais do planeta, como oceanos, rochas e atmosfera. Nesta última, o carbono
está presente na forma de dióxido de carbono (CO₂).
Figura 3 – Ciclo do carbono. Fonte: Shutterstock.Para entender melhor como funciona todo o ciclo do carbono, suas formas, a
assimilação do elemento pelos seres vivos e sua devolução ao meio, é preciso
compreender que:
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 o ciclo do carbono está relacionado ao fluxo de energia;
 as ações humanas influenciam o ciclo.
A fotossíntese consiste na retirada de carbono do CO2 do ambiente para
formatação de matéria orgânica. Essa matéria, por sua vez, é oxidada pelo processo de
respiração celular, que libera CO2 para o ambiente.
CICLO DO NITROGÊNIO
O nitrogênio (N) é um dos elementos essenciais na composição dos sistemas
vivos. Contudo, a significativa maioria dos organismos é incapaz de utilizar esse
elemento, já que ele está disponível na forma gasosa (N2). Portanto, os consumidores
obtêm nitrogênio direta ou indiretamente por meio dos produtores. Utilizam, assim,
nitrogênio na cadeia alimentar pelo aproveitamento de formas inorgânicas do meio,
principalmente nitratos (NO2) e amônia (NH3
+). É possível separar o ciclo do nitrogênio
nas seguintes fases:
 Fixação: o nitrogênio gasoso se transforma em substâncias úteis para os
seres vivos (amônia e nitrato). A entrada do nitrogênio no solo é dada
principalmente pelo processo conhecido como fixação de nitrogênio.
Apenas alguns procariotos são capazes de fixar nitrogênio atmosférico,
sendo os principais as cianobactérias, que habitam os solos e as águas
(salgadas e doces). A fixação biológica de nitrogênio (FBN) envolve a
redução do nitrogênio atmosférico N2 a amônia, sendo essa capacidade
ligada à presença e atividade do complexo enzimático altamente
conservado entre os fixadores de N conhecido como nitrogenase. A FBN é
importante para a produção de nitrogênio fixado em muitos hábitats
terrestres e aquáticos.
 Amonização: também chamada amonificação, ou mineralização do N
orgânico, é o processo pelo qual formas de N orgânicas são transformadas
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para formas minerais, sendo o amônio o primeiro composto gerado nesse
processo. A amonificação é realizada por fungos e bactérias, caracterizada
como um processo de alta redundância funcional, porém presente em
todos os ambientes em que há a vida. A amonificação ocorre tanto em
condições aeróbias quanto nas anaeróbias. Contudo, esse processo é
geralmente favorecido em ambientes aeróbios, com boa disponibilidade de
material orgânico biodegradável. O amônio gerado a partir do processo de
amonificação segue dois caminhos no solo: ou é submetido a
transformações inorgânicas posteriores, ou é absorvido como nutriente
pelas plantas e microrganismos, no processo chamado de imobilização.
Portanto, a imobilização é o processo inverso da amonificação, sendo o
amônio convertido a N orgânico, compondo a biomassa microbiana do solo.
 Nitrificação: é o processo pelo qual passa o amônio não assimilado como
nutriente no solo. Nesse processo, o amônio é submetido a uma oxidação
que tem como produto final o nitrato (NO3
-). O processo da nitrificação
consiste em duas etapas: (i) a oxidação de amônia para nitrito (NO2-),
realizada pelos microrganismos oxidantes de amônia (bactérias e arqueias);
(ii) oxidação do nitrito para nitrato, realizada pelas bactérias oxidantes de
nitrito (BON). A nitrificação demanda oxigênio, de modo que ela só pode
acontecer em ambientes ricos em oxigênio, tais como as camadas mais
superficiais dos solos e predominantemente em solos menos argilosos. Por
ser um processo realizado por uma pequena diversidade de organismos, ele
é ainda severamente restritivo em relação às demais condições para sua
ocorrência. O processo de nitrificação tem consequências importantes.
 Desnitrificação: as bactérias desnitrificantes (como a pseudomonas
desnitrificans e bacillus) transformam os nitratos em nitrogênio molecular
que retorna à atmosfera, encerrando o ciclo. A desnitrificação é a redução
de nitrato a nitrogênio atmosférico, responsável pelo retorno do nitrogênio
à atmosfera, em que o gás N2 pode agora ser novamente convertido a
formas assimiláveis de nitrogênio por meio da ação de organismos
fixadores de nitrogênio e nitrificantes.
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CICLO DO FÓSFORO
O ciclo do fósforo (P) é caracteristicamente sedimentar, ou seja, esse elemento
não apresenta componentes gasosos na sua ciclagem. Os principais reservatórios do
íon fosfato (PO4
-3) são as rochas, nas quais o P permanece ligado por um longo tempo,
caracterizando, portanto, uma forma de P não disponível. A fonte primária de Pi
(fósforo inorgânico) são as rochas contendo formas de apatita (Figura 4). Com o passar
dos anos, por processos geoquímicos, essas rochas sofrem degradação e são
transformadas em solo por meio de um conjunto de fenômenos físicos e químicos
(intemperismo), com possível liberação de PO4
-3. Na solução do solo, o íon fosfato
pode ser absorvido pelos vegetais e microrganismos, que o utilizam para formar
compostos orgânicos —conversão de pinorgânico (Pi) para porgânico (Po). Essas
formas orgânicas são posteriormente decompostas pela microbiota do solo, com
consequente retorno para a forma inorgânica. O Pi pode novamente ser absorvido
pela microbiota (biomassa microbiana), assimilado por plantas e/ou fixado no solo. Por
ser solúvel, o PO4
-3 pode ser facilmente carregado pelas chuvas até as águas dos mares
e dos rios e pode causar eutrofização desses ambientes.
Figura 4 — Esquema geral da ciclagem de P no solo. Fonte: adaptado de Cardoso e Andreote (2016).
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
CARDOSO, E. J. B. N., ANDREOTE, F. D. Microbiologia do solo. 2 ed. Piracicaba: ESALQ,
2016.
LEDERBERG, J. Isolation and characterisation of biochemical mutants of bacteria. In:
COMROE JR., J. H. Methods in medical research. v. 3. Chicago: Yearbook Publishers,
1950. p. 5-22
LEDERBERG, J.; MCCRAY, A. T. 'Ome Sweet 'omics: a genealogical treasury of words.
Scientist, Philadelphia, v. 15, n. 7, p. 8, 2001.
PELCZAR JR., M. J., CHAN, E. C. S., KRIEG, N. R.Microbiologia: conceitos e aplicações. v.
2. São Paulo: Pearson Universidades, 1996.
PIMENTEL, D. et al. Economic and environmental benefits of biodiversity. BioScience,
Washington, v. 47, n. 11, p. 747-757, 1997.
REIS, A. C.Manejo de solo e plantas. Porto Alegre: Sagah, 2017.
THE HUMANMICROBIOME PROJECT CONSORTIUM. Structure, function and diversity of
the healthy human microbiome. Nature, New York, v. 486, p. 207–214, 2012.
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TORTORA, G. J.; FUNKE, B. R.; CASE, C. L. Microbiologia. 12. ed. Porto Alegre: Artmed.
2017.
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	CICLO DO FÓSFORO
	REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS