Microbiologia - Unid 3 - Ambientes PDF

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Microorganismos e o 
Ambiente Aquático
Unidade 3
Prof. Dr. Maurício Emerenciano
Disciplina: Microbiologia
Universidade Estadual de Santa Catarina (UDESC)
Centro de Educação Superior da Região Sul (CERES)
mauricioemerenciano@hotmail.com
Introdução
Tema aula: Microorganismos e o Ambiente Aquático
“Conjunto de 
interações
químicas, física 
e 
biogeológicas”
Ambiente 
Aquático
� Recobre 71% da superfície da terra
ÁGUA
Tema aula: Microorganismos e o Ambiente AquáticoA água:
Padrão de circulação da água dos oceanos
(97% da água da terra)
� Transporte de 
Nutrientes
� Crescimento de 
microorganismos
Nutrientes
Pólos
Pólos
Equador
A Água
A Água
Tema aula: Microorganismos e o Ambiente Aquático
� Pode ser encontrada na natureza 
sob a forma sólida, líquida e gasosa 
(vapor de água)
� Pontos de fusão e ebulição, 
respec., 0 e 100oC (nível do mar)Ligação
covalente
Pontes de 
hidrôgenio
� Molécula da Vida (presente em 
todos seres vivos)
� Ligação covalente e pontes de 
hidrogênio
Sólida (Gelo)
Líquido
Densidade da Água
� A densidade, a partir dos 4°C 
diminui com o aumento da 
temperatura
Viscosidade da Água
� A viscosidade também diminui 
com o aumento da temperatura
� A densidade + 
viscosidade gera 
“estratos”
Estratificação térmica nos corpos aquáticos
Estratificação
térmica nos corpos
aquáticos
� Estratificação é acentuada 
com o fator “salinidade”
(várias “capas”)
Aguás mais 
densas e frias
Aguás 
quentes e 
menos densas
Diferentes 
comunidades de 
acordo com os 
estratos térmicos
Matéria Orgânica
(M.O.)
Temperatura e 
crescimento dos 
microorganismos
Ex.: Daphnia
(macromicroorganismos)
� Existe especificidade
quanto a temperatura 
(bacterias)
Outros fatores ABIÓTICOS
que influenciam/limitam o 
crescimento dos 
microorganismos
� pH 
(ambientes ácidos vs ambientes alcalinos) – P.ex.: afeta
a fotossíntese ou quimiossíntesem (melhor a 7,0)
� salinidade (osmorregulação)
� oxigênio (O2) – hiper (borbulhas) ou hiposaturação
� Nutrientes (crescimento)
Ambiente 
Aquático Pelágico 
e Bentônico
Zona Bentônica
Ambiente Aquático Pelágico e Bentônico
M.O.
Coluna de água
Região ligada ao
sedimento/fundo
Ambiente Pelágico e Bentônico
ZONA SUPERFICIAL
ZONA PELÁGICA
ZONA BENTÔNICA
(zona de acúmulo)
(zona de trânsito de 
nutrientes**)
Cada zona pode haver ou não
predomínio de determinados grupos
Fatores bióticos ou 
Abióticos
Revisando os grupos de Microorganismos
“macromicroorganismos”
Zona Bentônica
Ambiente Aquático Pelágico e Bentônico
Bentos: organismos que habitan o fundo,
podendo ser sésseis, pouca ou bastante 
mobilidade. Ex. Nos moos: fito e zoobentos 
(diatomáceas, poliquetos, etc)
Plâncton: se divide em
bacterioplâncton, fitoplâncton e 
zooplâncton. São organismos de 
pequeno tamanho adaptadas a 
suspensão na água, sujeitos ao
movimento produzido pelos 
ventos e correntes
Necton: organismos com capacidade de 
natação ativa
T
a
m
a
n
h
o
Grupos de Microorganismos
macrófitas
Micro e 
macroalgas
Ambiente Bentônico
T
a
m
a
n
h
o
Grupos de Microorganismos
NECTON
Bacterioplancton
Ambiente Pelágico
ZONA 
SUPERFICIAL
ZONA 
PELÁGICA
ZONA 
BENTÔNICA
Características
Microorganismos
Luz
Matéria Orgânica 
(MO) dissolvida 
(<45µm)
M.O. Particulada 
(>45µm)
+ + +
+
+
+ +
+ +
+ +
+
+ +
+ + +
Vírus
Bactérias
Fitoplâncton
Protozoa
Macro 
“microorganismos”
+ + + + + +
* Busca da luz, nutrientes, 
predação e especificidade
*** Ambientes 
aquáticos 
convencionais
Fungos
+ ++ + + +
* Mais nutrientes,mais organismos (em geral)
? ? ?
+
Luz
Fontes de Energia
� Durante a fotossíntese o CO2 é metabolizado e o O2 produzido.
� É dividida em duas fases: i) fase clara ou fotoquímica (onde é formado o 
ATP e liberado o O2 ) e; ii) escura ou química (com gasto de energia, ocorre a 
redução do CO2 e a formação da glicose)
LUZ
Tema aula: Microorganismos e o Ambiente AquáticoFotossíntese:
glicose
Fórmula geral:
A fotossíntese é o modo de obtenção de energia (fototrofia) realizada 
pelos vegetais superiores, microalgas, cianobacterias e alguns protozoas
(flagelados), através da luminosidade do sol.
Célula vegetal
Cloroplasto
Cloroplasto
Fase Clara Fase Escura
Fase clara: formado o ATP e liberado o O2; 
Fase escura: redução do CO2 e a formação
da glicose
1
2
3
Fotossíntese:
LUZ
Tema aula: Microorganismos e o Ambiente Aquático
LUZ e as Latitudes:
Linha do 
Equador
Pólos
Maior
fotoperíodo
Hemisfério Norte
Efeito da luz na comunidade de 
microorganismos e predação
Comunidade de 
peixes pelágicosPouca Luz
Fito
Outros
microorganismos
Pouca Luz
Fito
Comunidade de 
peixes pelágicosMuita Luz
Comunidade de 
peixes pelágicosMuita Luz
fototropismo positivo
Fito e zooplancton
Comunidade de 
peixes pelágicosMuita Luz
fototropismo positivo
Muita Luz
Fito
Tendência**
Muita luz
Comunidade de 
peixes pelágicosDiminuição da “Luz”
Microalgas Bactérias
Nutrientes 
Inorgânicos e 
Orgânicos
Liberação/Produção de 
nutrientes
Tempo
C
o
n
c
e
n
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r
a
ç
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o
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e
 
M
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c
r
o
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s
m
o
s
Bactérias
Fito
Crescimento com luz e 
nutrientes
“O crescimento de um grupo acompanha o crescimento
do outro, apesar de disputar nutrientes e espaços”
Biofilme
Biofilme (ou perifiton): complexo formado por material inorgânico (grãos
finos de areia, argila, etc) e orgânico. Após a colonização por bactérias
(produção de muco), ocorre a fixação de material inorgânico e outros
microorganismos como microalgas, protozoa, rotíferos, entre outros. 
Este “complexo” é predado por “macromicroorganismos”, zooplâncton, 
crustáceos e peixes
biofloc
+
biofilme
L. stylirostris in Tahiti
Photos: M. Emerenciano
Ciclos 
Biogeoquímicos 
(C, N e P)
Microrganismos desempenham papéis 
importantes em matéria de uso/reuso de 
energia e de transformações que resultam 
em processos biogeoquímicos 
(reciclagem dos elementos essenciais 
para sistemas vivos).
O estudo destas 
transformações 
químicas é chamado 
biogeoquímica.
Glossário importante
Tema aula: Microorganismos e o Ambiente Aquático
Fixação
A fixação é o processo através do qual elementos 
como o carbono e nitrogênio são capturados da 
atmosfera em estado gasoso (CO2 e N2) e convertido 
em formas úteis para outros processos químicos, tais 
como a glicose (C6H12O6; via fotossíntese) e amônia 
(NH4).
Glossário importante
Tema aula: Microorganismos e o Ambiente Aquático
Fixação Biológica
Capacidade de alguns microorganismos de capturar moléculas da 
atmosfera e/ou água e transformá-las em componentes úteis para os 
restantes seres vivos. 
Exemplos: bactérias que vivem nas raízes de plantas leguminosas e 
fitoplâncton na produção de glicose e O2
Fixação Atmosférica
Ocorre basicamente no ciclo do nitrogênio, onde a fixação atmosférica 
ocorre através dos relâmpagos, cuja elevada energia separa as 
moléculas de N e permite que os seus átomos se liguem com 
moléculas de oxigênio formando monóxido de nitrogênio (NO). Este 
é posteriormente dissolvido na água da chuva e depositado no solo.
A fixação atmosférica contribui com cerca de 58% de todo o 
nitrogênio fixado.
Glossário importante
Tema aula: Microorganismose o Ambiente Aquático
Assimilação
Moléculas ou elementos simples formados pelo processo de fixação 
ou presentes na forma dissolvida na água são absorvidos e 
utilizadas por vegetais superiores e outros 
microorganismos (bactérias, fito, protozoa, macrozooplancton), 
para ser transformados em compostos orgânicos mais 
complexos (proteínas, lipídios, etc).
Mineralização
Através da mineralização a matéria orgânica particulada
“morta” é transformada (por intermédio de bactérias aeróbicas, 
anaeróbicas e alguns fungos) em matéria mineral (compostos ou 
moléculas inorgânicas) que posteriormente estarão disponíveis 
na forma dissolvida para ser assimilada por vegetais superiores e 
outros microorganismos 
Ciclo do Carbono
Definição:
O ciclo do carbono é um dos ciclos mais importantes nos ecossistemas 
naturais. Através do processo da fotossíntese, os vegetais superiores, microalgas 
e algumas cianobactérias absorvem a energia solar e CO2 da atmosfera, 
produzindo oxigênio e hidratos de carbono (CHO) (ex: açúcares como a 
glicose), que servem de base para seu crescimento.
Os animais e as plantas utilizam os CHO pelo processo de respiração, 
utilizando a sua energia contida e emitindo CO2. A decomposição orgânica 
da biomassa e a respiração devolvem o carbono para a atmosfera.
Tema aula: Classificação e Nutrição dos Microorganismos
Ciclo do Carbono
Estoques:
Os três maiores reservas/estoques de carbono são: atmosfera (CO2 e 
metano CH4), terrestre e aquático (matéria “viva” e morta)
Ciclo do Carbono
Formas inorgânicas
importante: CO2 e CH4 
(metano)!!!
Fontes de CO2 na água
� Troca gasaso com a 
atmosfera
� Carregado pelas chuvas
� Por água subterrânea
� Pela respiração dos 
organismos aquático
� Pelo processo de 
decomposição, especialmente 
nos sedimentos
Função dos Principais grupos 
de microorganismos
Tema aula: Microorganismos e o Ambiente Aquático
Bactérias 
(bactérias e cianobactérias)
Fitoplâncton 
(diversas espécies)
Grupo Principais funções
� Sequestro do CO2 (atmosférico e H20) e 
produção de O2
� Formação e posterior deposição de 
matéria orgânica particulada 
(biomassa)
� Decomposição da MO
� Formação e posterior deposição de 
matéria orgânica particulada 
(biomassa)
� Cianobactérias: sequestro do CO2 e 
produção de O2
Função dos Principais grupos 
de microorganismos
Tema aula: Microorganismos e o Ambiente Aquático
Fungos
Protozoa 
(diversas espécies)
Grupo Principais funções
� Incorporação e posterior deposição 
de matéria orgânica particulada 
(biomassa)
� Decomposição da MO
� Formação e posterior deposição de 
matéria orgânica particulada 
(biomassa)
� Decomposição da MO
Ciclo do 
Nitrogênio
Definição:
O Nitrogênio atmosfério (N2) é fixado no solo, raízes ou água por 
bactérias específicas fixadoras. O N é convertido a formas mais simples, como 
a amônia (NH4), em um processo denomidado amonificação, no qual já pode 
ser biologicamente aproveitado (p.ex: bactérias heterotróficas e fito). 
Ou pode ser convertido poster. a formas mais reduzidas (nitritos e 
nitratos; NO2 e NO3) por bactérias específicas denominadas nitrificantes
(Nitrossomonas e nitrobacter) no processo chamado nitrificação. Esse 
NO3 é altamente aproveitado pelos vegetais superiores e microalgas convertendo-
se em biomassa; ou pode ser eliminado para a atmosfera (desnitrificação).
Tema aula: Classificação e Nutrição dos Microorganismos
Ciclo do Nitrogênio
Estoques:
Os três maiores reservas/estoques de Nitrogênio são: atmosfera (78% 
dos gases é N), terrestre e ambiente aquático
Amonificação: N atmosférico é fixado no sólo, água e raízes em formas 
simples como p.ex. a amônia (NH4)
Nitrificação: A oxidação da amônia (NH4), conhecida como nitrificação, é
um processo que produz nitratos como produto final. Este processo é
realizado por bactérias (bactérias nitrificantes) em dois passos: numa 
primeira fase a NH4 é convertido em nitritos (NO2) e; numa segunda fase 
(através de outro tipo de bactérias nitrificantes) os nitritos são convertidos 
em nitratos (NO3); prontos a ser assimilados pelas plantas ou outras 
bactérias (ambiente aeróbico).
Desnitrificação: A desnitrificação é o processo pelo qual o N volta à
atmosfera sob a forma de gás quase inerte (N2). Este processo ocorre 
através de algumas espécies de bactérias (tais como Pseudomonas e 
Clostridium) em ambiente anaeróbico. Estas bactérias utilizam nitratos 
alternativamente ao oxigênio como forma de respiração e libertam N em 
estado gasoso (N2).
Tema aula: Classificação e Nutrição dos Microorganismos
Ciclo do Nitrogênio
Revisando glossário:
ou água
Ciclo do Nitrogênio
Predação e/ou consumo 
de fito/zooplancton
ou
Fito
Bacterias 
heterotróficas
Protozoa e 
Zooplanc
Ciclo do Nitrogênio nos Corpos Aquáticos
Nitrobacter
Desnitrificação
(N2)
Nitrococcus
Nitrosococcus
Função dos Principais grupos 
de microorganismos
Tema aula: Microorganismos e o Ambiente Aquático
Fitoplâncton 
(diversas espécies)
Grupo Principais funções
� Incorporação em biomassa 
(nitratos NO3)
Bactérias 
(bactérias e cianobactérias)
� Decomposição da MO
� Nitrificação
� Desnitrificação
� Incorporação em biomassa
� Amonificação
Função dos Principais grupos 
de microorganismos
Tema aula: Microorganismos e o Ambiente Aquático
Fungos
Protozoa 
(diversas espécies)
Grupo Principais funções
� Incorporação e posterior deposição 
de matéria orgânica particulada 
(biomassa)
� Auxilia na decomposição da MO
� Formação e posterior deposição de 
matéria orgânica particulada 
(biomassa)
Ciclo do Fósforo
Definição:
As maiores fontes de P são as rochas. No solo o P é normalmente 
absorvido pelas raízes das plantas e se incorpora a cadeia trófica dos 
consumidores terrestres, devolvendo ao solo, nos excrementos ou 
através da morte.
Uma parte do fosforo é transportada por correntes de água, 
onde se incorpora na cadeia trófica aquática (microalgas, bact 
ou cianobacterias nos rios, lagos ou mares); 
ou o P: 1) se acumula no fundo aquático formando novas rochas; ou 
2) é ressuspenso onde afloramentos de moos reincorporam na cadeia 
trófica. A partir da predação de peixes (e outros) é formado 
excrementos (aves, etc) onde o fósforo pode ser retornado a 
terra. 
Tema aula: Classificação e Nutrição dos Microorganismos
Ciclo do Fósforo (P)
Estoques:
As maiores reservas/estoques de P são: rochas e a biomassa terrestre e 
ambiente aquático.
1
Intemperismo e 
Lixiviação
Fosfato nos 
Rios
Ciclo do Fósforo
Fósforo
P orgânicoP inorgânico
Na forma orgânica é encontrado 
dissolvido ou particulado. 
A forma inorgânica do P e 
encontrado nas águas é na 
forma de fosfatos
� Na maioria dos ambientes aquáticos o 
fósforo (P) é o principal fator limitante 
da sua produtividade. Além disso, é
apontado (juntamente com o N) como 
o principal responsável pela 
eutrofização. 
� Esta importância deve-se à sua 
participação em processos fundamentais no 
metabolismo dos seres vivos, tais como: o 
armazenamento de energia (ATP) e a 
formação da membrana celular 
(fosfolipídios)
P e os microorganismos
Tema aula: Microorganismos e o Ambiente Aquático
� O fosfato se apresenta nos ambientes aquáticos basicamente
sob três formas:
1 - fosfato particulado; 
2 - fosfato orgânico dissolvido; 
3 - fosfato inorgânico dissolvido. 
� O fosfato inorgânico dissolvido (ou ortofosfato) é o mais
importante por ser a principal forma de fósforo assimilada pelos 
microorganismos e vegetais aquáticos.
� Na água, o ortofosfato pode estar sobdiferentes espécies
iônicas em função do pH do meio: H3PO4, H2PO4, HPO4 e PO4.
P e os microorganismos
Tema aula: Microorganismos e o Ambiente Aquático
Função dos Principais grupos 
de microorganismos
Tema aula: Microorganismos e o Ambiente Aquático
Fitoplâncton 
(diversas espécies)
Grupo Principais funções
Bactérias 
(bactérias e cianobactérias)
� Decomposição da MO
� Incorporação em biomassa
� Incorporação em biomassa
Função dos Principais grupos 
de microorganismos
Tema aula: Microorganismos e o Ambiente Aquático
Fungos
Protozoa 
(diversas espécies)
Grupo Principais funções
� Incorporação e posterior deposição 
de matéria orgânica particulada 
(biomassa)
� Auxilia na decomposição da MO
� Formação e posterior deposição de 
matéria orgânica particulada 
(biomassa)
Microorganismos e a 
Matéria Orgânica (MO)
Tema aula: Microorganismos e o Ambiente Aquático
O que é a Matéria
Orgânica (MO)?
Microorganismos e a 
Matéria Orgânica (MO)
Matéria Orgânica Dissolvida: <45µm
Matéria Orgânica Particulada: >45µm
É matéria decomposta ou em decomposição, formada 
essencialmente de compostos de carbono e macromoléculas
(proteínas, carboidratos, lípidios, etc). São restos dos seres 
vivos (plantas, animais, etc) e organismos mortos. 
Dividida em:
Ex: de M.O.???
Compostos orgânicos de origem
externa a água (plantas, etc)
Matéria orgânica
Bacteria e protozoa
Ambiente Natural Aquático
“Restos de animais e vegetais superiores 
terrestres, macro e microalgas, bacterias, 
zooplancton, etc”
Fito
Luz
Phytoplancton
Matéria orgânica
dissolvida (DOM)
Ambiente Natural Aquático
Nutrientes
Acúmulo de M.O.
Bactérias
anaeróbicas 
(cianobactérias)
quimiolitotróficos
quimiorganotróficos
Fonte de 
M.O.
Fonte de 
M.O.
Fontes de M.O.???
Fonte de M.O.
Fonte de M.O.
Fonte de M.O.
Fonte de M.O.
Microalgas Bactérias
Liberação/Produção de 
nutrientes
M.O.
Tempo
C
o
n
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n
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M
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s
m
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s
Bactérias
Fito
Relembrando: Crescimento
com luz e nutrientes
Disponibilidade de M.O.
Nutrientes
Microalgas
Macro-Zooplancton
Necton
Micro-Zooplâncton
Bacterias heterótrofas
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Cascada Trófica “Clássica”
“Microbial Loop”
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(Pomeroy 1974; Azam et al 1983)
M.O.
Excesso de M.O. em
corpos aquáticos
Eutrofização
2 tipos:
Fonte: Agência dos EUA das águas 
Eutrofização e os microorganismos
Ambientes ricos 
em N e P
Porque 
aumenta pH???
Considerações Finais
FIM!!!
Email: mauricioemerenciano@hotmail.com