microbiologia-Nitrificantes

Prévia do material em texto

1 
A importância do nitrogênio para 
a vida na terra 
 
• Todos os seres vivos necessitam de 
proteínas para seus processos vitais. 
 
• Somente bactérias e fungos possuem a 
capacidade de aproveitar o nitrogênio 
existente no ar. 
 
• Paradoxos: 
– 79% do ar é N2 
– N escasso nos solos e caro para a alimentação. 
2 
A química do N na natureza 
 
• Para romper a triplice ligação entre N, há 
necessidade de grande quantidade de energia. 
• Processo industrial de fertilizantes: 
– N atmosférico em amônia: 500ºC e 250 atm. + elevadas 
quantidades de gás natural. 
 
• A reação: N2 + 3 H2 2 NH3 
 
• Processo Natural: descargas elétricas atmosféricas: 
– Aproximadamente 10 kg/ha de NO3 são transportados aos 
solos. 
3 
4 
5 
Características dos Principais 
Adubos Nitrogenados 
 
Aumento da acidez do solo 
Índice salino relativamente elevado 
Solubilidade alta em água 
Isento de macronutrientes secundários 
 
 
Exceção: Sulfato de Amônio: 24% S 
6 
Acrescentar aminoacios 
1) FOSFATOS DE AMÔNIO 
 MAP: amônio monofosfato 
 DAP: amônio difosfato 
NH4
+ 
LIBERA 
H2PO4
- 
ABSORÇÃO RADICULAR 
ABSORÇÃO RADICULAR 
NITRIFICAÇÃO (NO3) 
FIXAÇÃO 
H2PO4
- NH4
+ + MAP OU DAP 
7 
2) NITRATO DE AMÔNIO 
 nitrocálcio (NH4NO3 + CaCO3 
NH4
+ 
NO3
- 
ABSORÇÃO RADICULAR 
ABSORÇÃO RADICULAR 
DENITRIFICAÇÃO 
NITRIFICAÇÃO (NO3) 
LIXIVIAÇÃO 
34% N 
3) SULFATO DE AMÔNIO 
 (NH4)2SO4 
NH4
+ 
LIBERA 
ABSORÇÃO RADICULAR 
NITRIFICAÇÃO (NO3) 
SO4
- NH4
+ + (NH4)2SO4 + H20
 
SO4
- 
ABSORÇÃO RADICULAR 
REDUÇÃO (H2S) 
LIXIVIAÇÃO 
8 
Ácido úrico 
4) URÉIA 
CO(NH2)2 + H20
 (NH4)2 CO3 
(NH4)2 CO3 CO2 + 2NH3 
2NH3 + H2O NH4 
+ + OH- 
2NH4 
+ + 4O2 2 NO3
- + 4H+ + 2H2O 
UREASE 
Condições que propiciam a 
volatilização da amônia 
 
Alcalinidade (pH > 7,0); 
Temperatura elevada; 
Baixa capacidade de retenção de NH4+ ou seja 
baixa CTC do solo. Ex solos arenosos possuem 
baixa MO e baixa CTC; 
Altas doses de uréia; 
Aplicação na superfície úmida que depois seca; 
Compactação do solo e acúmulo de água; 
http://www.agrotain.com.br/como_funciona/superu_port.swf 
9 
10 
Os organismos fixadores de 
nitrogênio 
• Na natureza existe um número de 
bactérias DIAZOTRÓFICAS que 
incorporam N2 ao solo. 
• Estes organismos podem ser 
classificados em três categorias: 
– De vida livre não associativos 
– De vida livre associativos 
– Simbióticos 
11 
 
– Estas bactérias vivem de forma livre no solo, mais ou 
menos independente da cobertura vegetal e das 
condições de solo. 
– Ocorrem com mais intensidade em solos com 
elevado teor de matéria orgânica, pois ali encontram 
nutrientes em grande quantidade. 
– Estas bactérias produzem a enzima nitrogenase e 
fixam o N2 a NH3. 
– Os principais gêneros deste tipo são: 
• Azotobacter 
• Derxia 
• Beijerinckia 
• Clostridium (anaeróbica) 
• . 
Bactérias fixadoras de vida livre 
(não associativas) 
A) MINERALIZAÇÃO 
PROTEÍNAS 
 
AMINOÁCIDOS 
 
METABOLISMO 
MICROBIANO 
 
NH3 SOLO 
 
NH3 + H2O  NH4+ 
N2 + 3H2 microbiota 2NH3 
 
2NH3 + H2O solo NH4
+ 
NH2CONH2 
  urease 
2 NH3 + CO2 
 
 NH4
+ NITRIFICAÇÃO 
NH4
+ : mais provável em solo neutros e ácidos 
12 
FATORES RELACIONADOS COM 
A UTILIZAÇÃO DO NITRATO 
NO3
- NO2
- N2O2
2- NH2OH
 NH3
 
Nitrato-
redutase 
Nitrito-
redutase 
Hiponitrito
-redutase 
Hidroxialamina
-redutase 
NADPH ou NAPH aminoácidos 
NO INTERIOR DA CÉLULAS DAS RAIZES DAS PLANTAS 
13 
 
– Bactérias vivem livremente no solo mas também se 
associam com raízes, caules e folhas de várias plantas. 
– Alguns autores as classificam associativas facultativas e 
obrigatórias. 
– Hoje estas bactérias são objeto de muitos estudos, já 
estando em desenvolvimento inoculantes para uso em 
diversas gramíneas, como milho, trigo, arroz e cana de 
açúcar. 
– Podem estimular o enraizamento das plantas, pela 
produção de hormônios de crescimento. 
– O principais gêneros são: 
• Azotobacter (A. paspali) 
• Azospirillum 
• Herbaspirillum 
• Burkholderia 
• Glucanoacetobacter 
Bactérias fixadoras de vida livre 
(associativas) 
14 
• Fixação de N por gramíneas: 25-50 kg N/ha/ano 
(17% N requerido pela cultura de Trigo, arroz, milho) 
 
• Cana-de-açúcar: obtenção até de 60% do N 
exigidos pela cultura 
15 
16 
17 
Bactérias fixadoras (simbióticas) 
Bactéria Leguminosa 
Bradyrhizobium japonicum 
Bradyrhizobium elkanii 
Soja 
R. leguminosarum, biovar phaseoli 
Rhizobium tropici 
Rhizobium etli 
 
Feijão 
R. leguminosarum, biovar vicae Lentilha, ervilha 
R. leguminosarum, biovar trifolii Trevos 
Sinorhizobium meliloti Alfafa, trevo carretilha 
Mesorhizobium loti Lotus corniculatus 
Bradyrhizobium spp. Amendoim, leguminosas tropicais 
Icentrosema, mucuna, caupí,etc.). 
18 
NODULAÇÃO: DEPENDE DE: 
PLANTA GENETICAMENTE DISPOSTA 
PLANTA FISIOLOIGICAMENTE APTA 
FATORES EDÁFICOS FAVORÁVEIS 
DISPONIBILIDADE DE P, Ca, Mo. 
 
Cada etapa regulada por genes 
específicos da planta e do rizóbio e 
seus produtos, resultando em 
relações compatíveis. 
 
1. ENTRADA DO RIZÓBIO: 
• Células da epiderme 
• Ferimentos (pontos crescimento 
das raízes) 
• Pêlos absorventes (soja, feijão) 
Grupo de bactérias: Gram 
-, aeróbias obrigatórias 
Nódulos (hipertrofias 
corticais em plantas) 
19 
 
Efeito 
rizosfera 
 
 
Encurvam
ento do 
pelo 
radicular 
 
 
Formação 
do nódulo 
Formação de Nódulos 
N. D. Denardin (2008) 
20 
N2 
N-ase 
21 
N2 
N-ase 
 
Produção de soja no Brasil 
Safra 2008 = ~59.800.000 t. (IBGE) 
 
 
• Rendimento 2.820 kg ha-1 
• Necessidade da cultura = 240 Kg/ha 
• Estimativa de N fixado = 3.900.000 Ton. 
• Preço de uréia = ~R$2.55 ou US$~1.60 Kg 
• FBN promove uma economia no uso de 
fertilizantes nitrogenados no valor de: 
 
~ R$ 9,95 Bilhões 
22 
• A bactéria, uma vez introduzida no solo, 
permanece indefinidamente. 
• Os nódulos formados por estas bactérias, 
vão contribuir para a fixação do N. 
• A quantidade e a qualidade das bactérias vão 
diminuindo 
É necessário usar inoculantes 
todos os anos? 
Reinoculação 
• Em 13 experimentos conduzidos em 7 
locais, a reinoculação aumentou o 
rendimento em até 23% e o N total 
dos grãos em até 25%. 
Experimentos em Rede Nacional (Embrapa Soja, Embrapa Cerrados, 
Embrapa Arroz e Feijão, Embrapa Trigo, Embrapa Agropecuária Oeste, 
FECOTRIGO, UFRGS). Mariângela Hungria – Embrapa Soja 
23 
Adaptado de Comunicado Técnico 74 -Embrapa 
Dados de Pesquisa - soja 
2498
2638
2688
2535
2580
2400
2450
2500
2550
2600
2650
2700
2750
K g /ha
S /inoc . C /inoc . S /inoc .+ 200
kg N/ha 
inoc C / +
30kg N/ha
C /inoc + 50
kg de N/ha
220
230
240
250
260
270
280
290
300
K g N/ha
PC
PD
FBN em plantio direto 
N proveniente da fixação 
do N2 (Kg N/ha) 
24 
Adaptado de Mascarenhas, H.A.A. et al – 2003. 
Na área de soja não 
nodulífera, foram 
adicionados 
50 kg de N/ha. 
Nitrogênio para a cultura 
seguinte 
• Em média, a cultura da soja deixa 27 kg 
de N/ha para a cultura seguinte. 
• A recomendação de N para arroz é 30 
kg/ha a menos quando é cultivado após 
a soja (de100 kg N/ha para 70 kg 
N/ha). 
25 
Efeito da inoculação da soja na 
cultura seguinte - Trigo 
Embrapa, doc. 283 - 2007 
(A)Rendimento médio (kg.ha-1) de trigo em Passo Fundo (RS) cultivando após as culturas da soja ou 
milho; médias de oito anos de ensaios e o trigo não recebeu nenhum fertilizante nitrogenado 
(wiethölter, 2000). (B) Rendimento médio de trigo em Londrina (PR), cultivado após a cultura de soja, 
em parcelas cujas sementes Haviam sido inoculadas no verão; médias de nove anos de ensaios e o 
trigo não recebeu fertilizante nitrogenado. 
+403 kg.ha-1 
(13,7%) 
+380 kg.ha-1 
(24,6%) 
Soja Milho Soja 
inoculada 
 Soja não 
inoculada 
Peso seco da parte aérea
269
580
495
632
0
100
200
300
400
500
600
700
S/ inoc. Com inoc N, sem inoc. N + inoc
Tratamentos
g/
m
 q
ua
dr
ad
o
Voss e Fontanelli, Embrapa, comunicado Técnico 107. Passo Fundo, RS 
D B C A 
Efeito da inoculação em Trevo vesiculoso 
26 
Efeito da inoculação em trevo branco
24,27
32,27
0
5
10
15
20
25
30
35
S/ inoculação Inoculada
Tratamentos
pe
so
 s
ec
o 
(m
g/
pl
an
ta
)
B A
Binneck et al. UFPEL. Rev. Bras. de Agrociência, jan, 2000 
• Padrão recomendado pela Embrapa: 
 
 
 
 
Número de bactérias por semente 
Aprovado 
na RELARE 
dia 04/06/08 
27 
Número de bact/sem. soja 
S/inoc Inoc 
 + 200 
 kg/N 
600 
mil bac. 
semente 
1.200 mil 
bac/semente 
Embrapa, Doc. 283. 2007 
253 
Kg.ha-1 
k
g
/h
a
 
• MICRONUTRIENTES são essenciais nos processos metabólicos 
da planta. ‘ 
 
• Dois se destacam de forma acentuada (molibdênio –Mo e cobalto 
– Co). 
 
• O MOLIBDÊNIO faz parte da enzima nitrogenase, do centro ativo 
da enzima. Sua ausência a enzima não fará seu papel de 
desdobrar a molécula de N2. 
• Hoje, na cultura da soja, o uso de Mo já é uma prática 
indispensável e não se admite cultivar soja ou feijão sem a 
adição de Mo. 
 
• O COBALTO faz parte da cobalamina (vitamina B12), da 
formação da nitrogenase e da leghemoglobina. 
• Entretanto, sua aplicação deve ser muito bem cuidada, pois 
podem ocorrer efeitos adversos. 
• Sua aplicação na forma de sais (molibdato de sódio ou de 
potássio) e sulfato ou cloreto de cobalto), quando em contato 
com as bactérias, causam elevadas mortalidades e não devem 
ser usados nestas formas. 
Fatores que influenciam na FBN 
28 
• Existem no mercado formulações de Mo e Co com 
um grau de compatibilidade mais elevado com as 
bactérias do inoculante. 
• Outra forma de aplicar o Mo e Co e via foliar. 
– Os resultados de pesquisa tem demonstrado que tanto a 
aplicação via sementes como via foliar apresentam os mesmos 
níveis de produtividade. 
• As plantas necessitam de cobre, zinco, manganês 
(em especial a soja) e muitos outros. 
• Estes micronutrientes causam mortalidade quase 
total das bactérias do inoculante, quando 
adicionados as sementes. 
Fatores que influenciam na FBN 
• MACRONUTRIENTES como Ca e P exercem papel 
preponderante no processo de FBN. 
• O CÁLCIO: correção da acidez do solo (nitrogenase funciona 
bem em pH entre 6,0 e 6,5. 
• O FÓSFORO: formação de ATP, visto que o processo de 
fixação do nitrogênio requer alto consumo de energia pelas 
bactérias e plantas 
• O nitrogênio, como vimos anteriormente pode reduzir a 
nodulação e prejudicar a produtividade. 
• Quantidades de N disponível acima de 20 kg/ha, são 
prejudiciais à nodulação. 
• O N mineral é totalmente dispensável quando se faz uma boa 
inoculação. 
• Mas caso se deseje utilizar algum N na base, a quantia nunca 
deverá ultrapassar os 15 kg/ha (para soja) 
Fatores que influenciam na FBN 
29 
 
• Alguns fatores do SOLO 
– Acidez: prejudica a multiplicação das bactérias e, 
conseqüentemente, o aporte de N. 
– Matéria orgânica: favorece a multiplicação das 
bactérias, aumentando as chances de formação de 
nódulos. 
• Já foi observado que em solos sob plantio direto a 
taxa de FBN é maior que em solos sob plantio 
convencional. 
– Umidade: solos muito secos causam a mortalidade 
das bactérias inoculadas e as nativas. O excesso de 
umidade (encharcamento) diminui a taxa de fixação, 
mas não mata a bactéria. 
Fatores que influenciam na FBN 
 
• Mais alguns fatores do SOLO 
– Compactação: Solos muito compactados dificultam 
• a penetração do ar (N2) reduzindo a fixação. 
• a expansão do nódulo, que fica com seu tamanho 
reduzido, diminuindo a massa nodular. 
– Temperatura. Acima de 40ºC o processo de 
reprodução é paralisado e acima de 50ºC o processo 
de mortalidade já é elevado. 
• recomenda-se manter e operar com o inoculante em 
ambientes com a temperatura mais baixa. 
• Rotação de cultura e cobertura do solo para reduzir o 
aquecimento das camadas superficiais do solo 
Fatores que influenciam na FBN 
30 
Inoculantes e outros produtos usados 
nas sementes. 
 
– Fungicidas: Usar somente os recomendados pela 
pesquisa. 
• Usar os que apresentem menor toxicidade. 
(www.cnpso.embrapa.br: lista dos produtos mais 
compatíveis com o Rhizobium). 
– Inseticidas: poucos testes, mas os primeiros 
resultados mostram um efeito relativamente pequeno 
sobre as bactérias do inoculante. 
• Novos inseticidas requerem acompanhamento de seus 
efeitos sobre o inoculante pelos órgãos de pesquisa 
oficial. 
– Micronutrientes: sais de Mo e Co são altamente 
tóxicos para o Rhizobium e Bradyrhizobium.. 
– Metais pesados, como Cu, Zi, Mn e outros NÃO 
DEVEM SER USADOS SOBRE AS SEMENTES. 
 
• Grafite: quando usado na dosagem recomendada não 
chega a causar problema à bactéria. Dosagem exagerada 
causa desidratação das bactérias e prejudica a nodulação. 
 
• Para o uso de qualquer outro produto que venha a ser 
usado sobre as sementes, juntamente com o inoculante, 
deve haver uma consulta aos fabricantes ou aos órgãos de 
pesquisa, para não colocar em risco a FBN, uma tecnologia, 
como já vimos, essencial para elevadas produtividades. 
 
Inoculantes e outros produtos usados 
nas sementes. 
LINK PARA ARQUIVO APPI 
31 
CONTRIBUIÇÕES DA DIVERSIDADE VEGETAL 
PARA A FERTILIDADE DOS SOLOS - FBN 
CULTURA MASSA VERDE 
Kg/ha 
N FORNECIDO 
Kg/ha 
EQUIV. URÉIA 
Kg/ha 
Crotalaria 57000 200 444 
Mucuna preta 42000 220 488 
Mucuna cinza 39800 163 362 
Nabo forrageiro 36000 106 235 
Feijão de proco 26000 200 444 
Aveia preta 21500 70 155 
Azevém 19500 81 180 
Tremoço azul 18200 100 222 
Mucuna anã 14800 75 165 
Ervilha peluda 13200 95 211 
Ervilha comum 11900 74 164 
Espergula 9700 49 108 
Aveia branca 2270 73 162 
Leucena ~500 - ~1000 
32 
(limpos) 
33 
34 
PUERARIA PHASEOLOIDES 
CENTROSEMA PUBESCENS 
LOTUS CORNICULATUS 
35 
CANAJUS CAJAN 
STIZOLOBIUM ATERRIMUM 
MIMOSA CAESALPINIAEFOLIA 
LEUCAENA 
36