Aula 2 - Ecologia microbiana (1)

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Ecologia dos solo 
Ecologia dos solo (ODUM, 1971): 
“ Estuda a estrutura e função do ecossistema solo” 
 
Estrutura: composição da comunidade biológica e 
componentes abióticos 
 
Função: fluxo de energia, ciclagem biogeoquímica e 
regulação mútua dos organismos e ambiente 
Biomassa = Parte da matéria orgânica constituída pelos 
 organimos vivos com volume menor que 
 5 a 10 um3. Expressa em mg/g de solo seco 
Componentes dos solos 
componentes abióticos 
 
 
 
 
 
 
 
Componentes bióticos: 
 
Heterogêneos: organismos com metabolismo 
diversos convivendo lado a lado, interagindo em equilíbrio 
dinâmico muitas vezes com dependência associada e gerando 
alta biodiversidade 
 
Matéria 
Orgânica 
5% 
Minerais 
45% 
Água 
25% 
Ar 
25% 
 
Bactérias 
 
Número 
aproximado 
por porção de 
solo 
Biomassa 
aproximada 
(g/ha de solo) 
 
 Junto com os fungos 
são o grupo mais 
importante na 
decomposição da 
matéria orgânica. 
 Compostos 
extracelulares ajudam a 
se ligarem às partículas 
dos solos nos 
agregados. 
 Grupos especializados 
estão envolvidos em 
cada etapa do ciclo do 
Nitrogêneo 
 
 
300 milhões – 
50 bilhões 
 
 
 
400 – 4.000 
 
composição da comunidade biológica 
 
Fungos 
 
Número 
aproximado 
(porção de solo) 
Biomassa 
 (g/ha de solo) 
•Grupo mais envolvido na 
decomposição de compostos 
resistentes (lignina) 
• Crescimento da hifa através 
do solo ajuda sua ligação aos 
agregados 
• Fungos em simbiose com 
raizes de plantas aumentam a 
absorção de nutrientes e água 
diminuindo a incidência de 
doenças 
 
 
 
500.000 – 100 
milhões 
 
 
 
500 – 5.000 
composição da comunidade biológica 
 
Actinomicetos 
 
Número 
aproximado 
(porção de 
solo) 
Biomassa 
(g/ha de solo) 
•Tipos de bactéria com 
crescimento 
semelhante aos 
fungos e funções 
semelhante a ambos 
• Produzem compostos 
que proporcionam ao 
solo um aroma típico 
 
 
 
 
100 milhões– 
2 bilhões 
 
 
 
 400 – 4.000 
composição da comunidade biológica 
 
Nematóides 
 
Número 
aproximado 
(porção de 
solo) 
Biomassa 
(g/ha de solo) 
•Animais mais 
numerosos no solo 
 
•Auxiliam outros 
microrganismos na 
decomposição da 
matéria orgânica 
 
 
 
 
100 mil– 50 
milhões 
 
 
 
 50-100 
Composição da comunidade biológica 
 
Artrópodes 
 
Número 
aproximado 
(porção de 
solo) 
Biomassa 
(g/ha de solo) 
 
•Auxiliam outros 
microrganismos na 
decomposição da 
matéria orgânica 
 
 
 
 
100 - 1000 
 
 
 
 1-10 
Composição da comunidade biológica 
 
Minhocas 
 
Número 
aproximado 
(porção de 
solo) 
Biomassa 
(g/ha de solo) 
 
•Auxiliam outros 
microrganismos na 
decomposição da 
matéria orgânica 
 
 
 
 
0 - 2 
 
 
 
 10-40 
composição da comunidade biológica 
Raízes de plantas e 
partes aéreas 
Número 
aproximado (porção 
de solo) 
Biomassa 
 
•Últimas fontes de 
quase todo carbono 
no solo para os 
microrganismos 
• 100 x mais 
microrganismos 
perto das raízes das 
plantas que numa 
distância maior 
 
60 – 150 g/solo 
(culturas anuais) 
 
 
 
1.500 – 3,000 g/solo 
(pastagens perenes) 
 
3.000 
(culturas 
anuais) 
 
 
 
 
15.000 
(pastagens 
perenes) 
Componentes bióticos dos solos 
Componente biótico – Raízes de plantas 
Rizosfera: 
 
Região do solo sob influência das 
Raízes 
 
Solos argilosos = 2 mm em 
 torno das raízes 
 
Solo rizosférico: Solo não rizosférico = > 1 
Componente biótico – Raízes de plantas 
Componentes bióticos e abióticos do solo 
Água 
Ar 
Areia 
Silte 
Hifas de fungos 
Complexo matéria 
orgânica e argila 
Argila 
Bactérias 
2.8 453 72 
2.3 508 49 
3.2 741 43 
- 750 42 
2.7 463 40 
2.4 361 34 
2.8 460 26 
2.1 453 20 
1.7 213 18 
1.4 262 16 
0.6 83 12 
0.6 43 6 
(%) (mg C kg solo-1) (%) 
Cmicr/Corg Biomassa microbiana Teor de argila 
Fator abiótico -Teor de argila sobre a BMS 
Fator abiótico - Frações granulométricas do solo 
na BMS 
Textura solo: argilo-siltoso 
4.1 132.5 < 0.002 
2.6 327.5 0.02-0.002 
2.3 63.9 0.05-0.02 
1.8 283.0 0.2-0.05 
1.5 122.0 > 0.2 
2.0 873.0 Solo total 
(mg kg solo-1) (mm) 
Cmicr/Corg 
Biomassa microbiana C Fração granulométrica 
Fator abiótico 
 
a) Criófilos ou psicrófilos, que têm temperatura ótima 
inferior a 20ºC; 
 
b) Mesófilos, entre 20 e 40ºC; 
 
c) Termófilos, com temperatura ótima superior a 40ºC 
Classificação quanto a adaptação a temperatura 
Fator abiótico 
a) Higrófilos, aqueles que tornam-se inativos quando a 
tensão da água no solo for superior a 7,1 MPa (= 71 
atm.); 
 
b) Mesófilos, aqueles com atividade inibida quando a 
umidade do solo estiver entre 7,1 a 30 MPa (= 300 atm.); 
 
c) Xerófilos, aqueles cuja atividade é inibida em tensões 
superiores a 30 MPa. 
Classificação quanto a adaptação a umidade 
A atividade máxima da microbiota do solo  0,01 a 1 Mpa 
 
 sendo a capacidade de campo  0,01 a 0,1 MPa 
Fator abiótico 
7- Microrganismos e água dos solos 
Filmes de água: 
 
• maior sítio de atividade microbiana 
 
• Movimentação dos microrganismos 
entre os poros 
 
• Acesso facilitado à substratos 
Fator abiótico 
Quanto ao requerimento de O2 
Fator abiótico 
a) Aeróbios, aqueles que utilizam 02 como receptor terminal 
de elétrons; 
b) Anaeróbios facultativos, que utilizam receptores 
alternativos para os elétrons; 
 
c) Anaeróbios obrigatórios, aqueles que não crescem na 
presença de 02 
Microrganismo aeróbio 
Aceptor final pode ser: 
 
-O2 
Microrganismo anaeróbio 
Aceptor final pode ser: 
 
-Fe; S; NO3-; SO4
-2
 
 
Quanto a sensibilidade ao pH, os microrganismos 
são agrupados em: 
a) Insensitivos, aqueles que toleram urna ampla faixa, 
mas têm o ótimo no pH próximo de 7; 
 
b) Neutrófilos, aqueles que não toleram a acidificação ou a 
alcalinização; 
 
c) Acidófilos, que possuem pH ótimo para crescimento 
entre 2 a 3,5; 
 
d) Basófilos, com pH ótimo acima de 8. 
Fator abiótico 
5- Utilização de substratos por 
microrganismos como fonte de energia 
 MO do solo: plantas e outros 
organismos 
 
 Substâncias recalcitrantes: 
 Naturais: ex. húmus 
 
 Artificiais: xenobióticos 
6- Microrganismos e pH do solo 
Principais tipos de metabolismo encontrados nos microrganismos do solo 
Fotolitotrófico (bactérias púrpuras) 
Fonte de energia 
Fonte de energia 
Doador de elétrons 
Fatores que afetam a distribuição dos 
microrganismos no solo 
1- Profundidade 
Concentração 
decrescente de 
microorganismos 
com a 
profundidade, 
acompanhando a 
matéria orgânica 
do solo. 
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
14,0
16,0
18,0
5 15 25 45 75 105
Profundidade (cm)
N
o
 m
é
d
io
 d
e
 o
rg
a
n
is
m
o
s 
p
o
r 
g
 s
o
lo
 (
x
 1
0
7
)
Funções gerais dos microrganismos nos 
solos 
Biomassa Microbiana nos solos 
 Principal fonte de enzimas no solo 
 Responsável por toda a atividade biológica 
 Catalisa transformações bioquímicas 
 Representam fonte edreno de carbono 
 Troca de nutrientes entre a atmosfera 
e o ecossistema solo-planta 
Solo como habitat 
 Complexidade Biológica: 
 maior diversidade genética 
 Garante relações diversas: 
 positivas ou negativas 
 Limita explosão populacional 
 Gera equilíbrio: tampão biológico 
 impede a ação de efeitos externos 
 
“Solos com comunidade diversa de organismos se 
recuperam melhor do stress” 
 
Equilíbrio biológico de um 
ecossistema 
1- Papel dos microrganismos no 
solo 
1- Gênese do solo: espécies 
fotossintéticas e fixadoras do nitrogêneo 
(Cianobactérias e lìquens) 
 
Anabaena 
 FBN 
 Fotossíntese 
2- Intemperismo: 
 Metabolismo microbiano liberam 
prótons, nutrientes inorgânicos 
e ácidos orgânicos 
 
 
 
3- Agregação do solo: 
 
 
 
Microrganismos e a agregação 
dos solos 
Formação dos agregados 
Agregados ou 
partículas 
Raízes 
Hifas de 
fungos Poros Sólido 
Principais 
agentes 
ligantes 
Raízes e hifas de 
fungos 
Localização dos microrganismos 
em agregados 
Interação entre raízes e hifas de 
fungos 
Exemplos de Polissacarídeos extracelulares 
derivados de microrganismos com ação 
cimentante 
Polissaca-
rídeo 
Microrganismo 
Xantanas Xanthomonas campestris 
Dextrana Aerobacter spp, 
Streptococcus bovis 
Curdlan Alcaligenes faecalis 
Pullullan Aureobasidium pulullans 
Fatores que afetam a agregação do solo 
Fatores Efeitos ou contribuição 
Tamanho das partículas Balanço/ densidade de cargas e 
superfície específica 
Regime hídrico Ciclos de umedecimento/ secagem 
Matéria orgânica do solo Substrato microbiano e ação 
cimentante 
Cultivo do solo Promove a dispersão das partículas 
Microrganismos Adesão das partículas e produção de 
agentes cimentantes 
Macrorganismos Promovem aglomeração das partículas 
Raízes finas Decomposição favorece 
microrganismos; ação mecânica que 
promove aproximação das partículas 
Balanço entre microrganismos x 
agregação do solo 
Matéria 
Matéria orgânica viva 
(Principalmente Fungos 
Filamentosos) 
 
 
Comprimento e 
espessura de 
hifas e raízes 
 
 
 
 
Estabilidade 
 Dos 
 Agregados 
≈ 
 
+ 
Adição de matéria orgânica estéril (sem 
microrganismos, não afeta a agregação.... 
Enzimas: funções 
Catalizadoras das reações bioquímicas e parte 
integral da ciclagem de nutrientes 
 
• Ciclo do C – glicosidase (liberação de açúcares 
 
• Ciclo do N – ureases, amilases e proteases 
 (liberação de N-inorg) 
 
• Ciclo do S – arilsulfatase (libera SO4-) 
 
• Ciclo do P – fosfatases ácidas e alcalinas 
 (liberação de P-inorg) 
 
• Desidrogenase – indicar o estado metabólico 
4- Enzimas microbianas: 
 
5- Utilização de substratos por 
microrganismos como fonte de energia 
 MO do solo: plantas e outros 
organismos 
 
 Substâncias recalcitrantes: 
 Naturais: ex. húmus 
 
 Artificiais: xenobióticos 
6- Microrganismos e pH do solo 
8- Interação entre microrganismos 
 : Associação Simbiótica positiva 
 
positiva 
Endomicorrizas arbuscular 
Micorrizas 
Ectomicorrizas 
8- Interação entre microrganismos 
 Associação simbiótica positiva 
 
  Bioindicadores da qualidade do solo: 
sensíveis à poluição 
 
Líquens: 
8- Interação entre os microrganismos: 
 associação Simbiótica positiva 
Pisum sativum (pea) 
Fixação do nitrogênio no solo 
Nódulos de Rhizobium: 
 
 Associação 
simbiótica negativa 
 
Parasitismo 
 
Doenças 
8- Interação entre os microrganismos: 
8- Interação entre os microrganismos: 
 Comensalismo 
Microrganismo 
A 
Microrganismo 
B 
Beneficia 
•Desintoxicando o 
 ambiente 
 
•Conver tendo 
substratos 
 
** Super 
Comensalismo 
Mas A não é prejudicado 
8- Interação entre os microrganismos: 
 Competição 
 
Microrganismo 
A 
Microrganismo 
B 
 
Espaço 
Nutrientes 
Água 
Oxigênio 
Mesmo Microhabitat 
Maior habilidade 
genética 
8- Interação entre os microrganismos: 
 
 Predação 
8- Interação entre os microrganismos: 
 Amensalismo 
Microrganismo A 
Secreção de 
produtos tóxicos 
Afeta 
Microrganismo B 
Conclusão 
Clima úmido Clima árido 
Temp. intermediárias 
(17-27 oC) 
Temperaturas 
extremas 
pH do solo 
5-8 
pH alto 
ou baixo 
Floresta descídua 
Floresta tropical 
Floresta coníferas 
Pastagem permanente Cultivo contínuo 
Retôrno de resíduos 
compostagem 
Excesso fertilizantes 
e pesticidas 
Boa drenagem 
aeração 
Impedimento drenagem 
inundação 
Biomassa 
Diversidade 
Biomassa 
Diversidade 
Classes metabolismos microbianas 
Fonte de energia 
Subst . mineral