Microbiologia do Solo

Esta é uma pré-visualização de arquivo. Entre para ver o arquivo original

*
*
Microbiologia do Solo
DISCIPLINA: MICROBIOLOGIA AMBIENTAL
PROfª - SALLYDELANDIA
*
*
Solo: maior reservatório de microrganismos do planeta
direta ou indiretamente recebe todos os dejetos dos seres vivos
local de transformação da matéria orgânica em substâncias nutritivas
com grande abundância e diversidade de microrganismos
1 hectare de solo pode conter até 4 tons de microrganismos
Introdução
*
*
*
*
Perfil do solo
Definição:
Em agricultura e geologia, solo é a camada que recobre as rochas, sendo constituído de proporções e tipos variáveis de minerais de húmus
Solos minerais
Solos orgânicos
Centenas de anos
*
*
O solo como hábitat microbiano
Principais fatores que afetam a atividade: 
- Umidade
- Status nutricional
*
*
O efeito rizosférico
Rizosfera
Região onde o solo e as raízes das plantas entram em contato 
*
*
Minerais: 
sílica (SiO2), Fe, Al, Ca,Mg, K
P, S, Mn, Na, N ...
Matéria orgânica: origem vegetal, animal e microbiana
insolúvel (húmus): melhora a estrutura, libera nutrientes
efeito tampão, retenção de água
solúvel: produtos da degradação de polímeros complexos: 
Açúcares, fenóis, aminoácidos
Constituintes do solo
*
*
Água
livre: poros do solo
adsorvida: ligada aos colóides (argilas)
Gases: 
		CO2, O2, N2 ...
composição variável em função dos processos biológicos
Constituintes do solo
*
*
Sistemas biológicos:
plantas
animais
Microrganismos: grande diversidade e abundância
Dependendo de:	
nutrientes
umidade
aeração
temperatura
pH
interações
Constituintes do solo
*
*
Presença de microrganismos nas várias profundidades do solo
Profundidade 	Umidade	 Mat. orgânica	 Bactérias		Fungos
 (cm)		 (%)	 (%)		 (x 106)/g		 (m/g)
				 aeróbias anaeróbias
 0 - 8		18,2	 4,4	 24	 2,7		280
 8- 20		10,0	1,5	 3,1	 0,4		43
 20-40	 11,5	 0,5	 1,9	 0,4		 0
40-60		13,5	0,6	 0,9	0,04		0
60-80		7,9	0,4	 0,7	0,03		0
80-100		5,3	0,4	 0,15	0,01		0
 					 Fonte: Lindegreen & Jensen, 1973
*
*
Bactérias: 	
grupo mais numeroso e mais diversificado
		3 x 106 a 5 x 108 por g de solo seco
limitações impostas pelas discrepâncias entre técnicas
heterotróficos são mais facilmente detectados
Gêneros mais freqüentes: 	
Bacillus, Clostridium, Arthrobacter, Pseudomonas, Nocardia, Streptomyces, Micromonospora, Rizóbios
Cianobactérias: pioneiras, fixação de N2	
A microbiota do solo
Streptomyces
*
*
Fungos: 
5 x 103 - 9 x 105 por g de solo seco
limitados à superfície do solo
favorecidos em solos ácidos
ativos decompositores de tecidos vegetais
melhoram a estrutura física do solo
Gêneros mais freqüentes:	
Penicillium, Mucor, Rhizopus, Fusarium, Aspergillus, Trichoderma
A microbiota do solo
*
*
Algas
103 - 5 x 105 por g de solo seco
abundantes na superfície
acumulação de matéria orgânica: solos nus, erodidos
Protozoários e vírus
- equilíbrio das populações
- predadores de bactérias
- parasitas de bactérias, fungos, plantas, ...
A microbiota do solo
*
*
Microrganismos e os ciclos da matéria
Terra: quantidade praticamente constante de matéria
	Mudanças no estado químico produzindo uma grande diversidade de compostos.
Ciclo carbono
Ciclo nitrogênio
Ciclo do enxofre
Ciclo do ferro
*
*
O ciclo do carbono
Principais reservatórios de carbono na Terra
Reservatório 		Carbono 	(gigatons) 			% total de carbono na Terra
Oceanos 				38 x 103	(>95% C inorgânico)			 0,05
Rochas e sedimentos	75 x 106 	(>80% C inorgânico) 			> 99,5
Biosfera terrestre 		2 x 103 								0,003
Biosfera aquática 		1-2 									0,000002
Combustíveis fósseis 	4,2 x 103 								0,006
Hidratos de metano 	104									0,014
*
*
Transformações bioquímicas do carbono
Fixação do CO2
CO2 + 4H		(CH2O) + H2O
Plantas
bactérias verdes e púrpuras fotossintetizantes
algas
cianobactérias
bactérias quimiolitróficas
algumas bactérias heterotróficas:
CH3COCOOH + CO2		HOOCCH2COCOOH
	ácido pirúvico			ácido oxaloacético
O mecanismo mais rápido de transferência global do carbono ocorre pelo CO2
*
*
Transformações bioquímicas do carbono
Degradação de substâncias orgânicas complexas
celulose (40-50% dos tecidos vegetais)
hemiceluloses (10-30% dos tecidos vegetais)
lignina (20-30%)
Celulose		 celobiose (n moléculas)
	 celulases
Celobiose		 2 glicose
	 -glicosidase
Glicose + 6CO2	 6CO2 + 6H2O
*
*
*
*
Transformações bioquímicas do nitrogênio
O N é encontrado em vários estados de oxidação (-3 a +5)
O nitrogênio gasoso corresponde a forma mais estável, assim a atmosfera é o maior reservatório (contrário do carbono)
- A alta energia para quebra de N2 indica que o processo demanda energia.
Relativamente, um número pequeno de microrganismos é capaz disso 
- Em diversos ambientes, a produtividade é limitada pelo suprimento de N.
- Importância ecológica e econômica envolvida na fixação
*
*
Fixação simbiótica: 60-600 Kg/ha.ano
90% pelas leguminosas
Economia em fertilizantes nitrogenados
Associações simbióticas fixadoras:
Anabaena - Azolla
Frankia - Alnus
Rizóbios - Leguminosas
Transformações bioquímicas do nitrogênio
Fixação do nitrogênio atmosférico
		N2		NH3		aminoácidos
*
*
etapas da formação de um nódulo:
reconhecimento: lectinas 
disseminação: 
citocininas 		células tetraplóides
formação dos bacteróides nas células
leghemoglobina
maturidade: fixação do nitrogênio
senescência do nódulo: deterioração
Transformações bioquímicas do nitrogênio
Rizóbios - Leguminosas
*
*
Associação simbiótica rizóbios-leguminosas
*
*
Associação simbiótica rizóbios-leguminosas
*
*
Redução de acetileno: medida da capacidade fixadora
*
*
Proteólise:
		Proteínas Peptídeos  Aminoácidos
Transformações bioquímicas do nitrogênio
Amonificação (desaminação)
CH3-CHNH2-COOH + ½O2  CH3-CO-COOH + NH3
alanina		 ác. pirúvico amônia
A amônia é rapidamente reciclada, mas uma parte volatiliza
*
*
Transformações bioquímicas do nitrogênio
 Nitrificação: - produção de nitrato
	 	 - Solos bem drenados e pH neutro
Embora seja rapidamente utilizado pelas plantas, também pode ser lixiviado quando chove muito (muito solúvel).
Uso de inibidores da nitrificação na agricultura
- Etapas:
 Nitritação: oxidação de amônia a nitrito
2NH3+ 3O2  2HNO2 + 2H2O
(Nitrosomonas, Nitrosovibrio, Nitrosococcus, Nitrosospira, Nitrosolobus) 
Nitratação: oxidação de nitrito a nitrato
NO2- + ½O2  NO3-
(Nitrobacter, Nitrospina, Nitrococcus, Nitrospira)
*
*
Utilização do nitrato:
Redução assimilatória: plantas e microrganismos
NO3- + 8e- + 9H+  NH3 + 3H2O
Transformações bioquímicas do nitrogênio
Desnitrificação: ocorre em condições de anaerobiose como aceptor de elétrons.
redução de nitratos a N2 (nitrogênio atmosférico)
2NO3  2NO2  2NO  N2O  N2
		(Agrobacterium, Alcaligenes, Thiobacillus, Bacillus etc.) 
- Como o N2 é menos facilmente utilizado que o nitrato como fonte de N, esse processo é prejudicial pois remove o N fixado no ambiente.
- Por outro lado, é importante no tratamento de efluentes
*
*
Transformações bioquímicas do enxofre
Oxidação do enxofre elementar:
2S + 2H2O + 3O2	 2H2SO4
					 2H+ + SO4=
ex. Thiobacillus thioxidans
O S0 também pode ser reduzido pela respiração anaeróbia
As transformações do enxofre são ainda mais complexas que do nitrogênio:
 Devido à variedade de estados de oxidação (-2 a +6) (S-orgânico a sulfato)
 Porém, apenas 3 estados de oxidação se encontram em quantidade significativas na natureza (-2, 0, +6) 
Alguns componentes do ciclo:
*
*
Transformações bioquímicas
do enxofre
Degradação (oxid/red) de comp. orgânicos sulfurados:
cisteína + H2O		ácido pirúvico + NH3 + H2S
Utilização dos sulfatos:
plantas
microrganismos
S é incorporado a aminoácidos:
cistina
cisteína
metionina
*
*
Transformações bioquímicas do enxofre
Redução de sulfatos (por bactérias amplamente distribuídas na natureza)
anaerobiose
 CaSO4 + 8H		H2S + Ca(OH)2 + 2H2O
 Desulfovibrio
- Necessidade da presença de compostos orgânicos (doadores de e-)
Oxidação de sulfato 
bactérias fototróficas
CO2 + 2H2S		(CH2O) + H2O + 2S
 enzimas/luz
*
*
Transformações bioquímicas do ferro
Um dos elementos mais abundantes
Naturalmente encontrado em apenas dois estados de oxidação
O O2 é o único aceptor de elétrons que pode oxidar o ferro Fe2+, e em pH neutro.
Em condições ácidas ocorre o crescimento de acidófilos oxidantes do ferro.
Comum em solos alagados e pântanos
Precipitação de depósitos marrons de ferro
*
*
*
*
*
Máquina
decompositora
Húmus
MS
MS
MS
MS
MS
Decomposição de restos vegetais no solo: máquina decompositora
operada pelos microrganismos (Siqueira & Franco, 1988)
Microrganismo
operário
MS
Nitrogênio
Carbono
Fósforo
Potássio
Cálcio
Magnésio
Ferro
Enxofre
Manganês
Cobre
outros
Resíduos 
orgânicos
*