Fixação biológica de N

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Microbiologia do Solo 
Fixação 
Biológica do 
Nitrogênio 
 
 
 
 
 
 
 Gramíneas: arroz, trigo, milho, sorgo, cevada... 
 
 Leguminosas: soja, amendoim, feijão... 
 
 
Leguminosas 
 
 alto teor proteico, 2 a 3 vezes maior do que os cereais 
 
 algumas leguminosas, soja e amendoim, também alto teor de óleo 
 
 leguminosas estão dispersas em todo o planeta, porém é mais comum 
em áreas tropicais e sub-tropicais 
 
Alimentação humana 
teor de proteína 
X 
disponibilidade de N 
Eucariotos: plantas, animais e seres humanos não 
conseguem fixar o N2 
Procariotos: possuem a enzima, nitrogenase que 
reduz o N2 produzindo amônia 
N2 78% 
O2 21% 
CO2 0,03% 
atmosfera solo 
-em pequenas concentrações 
-nem sempre prontamente disponível 
-exceto quando há alto teor de MO 
Processos de transformações de N no Solo 
 
N org NH4+ NO2- NO3- 
N2 
Mineralização 
Amonificação Nitrificação 
desnitrificação 
Imobilização 
Fixação Biológica de Nitrogênio 
 
O N2 é a maior fonte de N disponível 
produzir N combinado a partir de N2 
contribui para o desenvolvimento vegetal e 
para a fertilidade do solo 
Reação de redução do N2 atmosférico 
pela nitrogenase 
N N 
ATP, Mg 
2NH3 + H2 N2 + 8e + 8H+ 
nitrogenase 
Controle do oxigênio 
 
•Nitrogenase é sensível ao oxigênio – dificuldade de purificação 
•Aporte de elétrons e ATPs 
 
 Presença de leghemoglobina 
 Produção de exopolissacarídeos 
 
 
Interior do 
nódulo 
Sistema de proteção respiratória: 
 
As bactérias ajustam seu coeficiente respiratório de modo a manter a concentração de 
O2 na superfície da célula baixa ou igual a zero. 
 
Ex: Azotobacter 
Sistema de proteção da nitrogenase ao oxigênio 
Sistema de proteção conformacional: 
 
Mecanismo que algumas bactérias tem de proteger os sítios de degradação da nitrogenase 
ao O2. 
 
Ex: Azotobacter 
Sistema de proteção pela produção de polissacarídeos extracelulares: 
 
As bactérias forma uma cobertura em volta da célula e impede o acesso do O2 
 
Ex: Derxia; Beijerincka 
Sistema de proteção pela superfície/volume celular: 
 
As bactérias grande ocasiona uma razão superfície/conteúdo celular menor, 
diminuindo a pressão de O2 e uma absorção de O2 baixa. 
 
Ex: Azotobacter 
Sistema de proteção pela formação de células especializadas: 
 
As bactérias formam um tipo de célula chamada de heterocisto, com paredes espessas 
que limitam a entrada de oxigênio. 
 
Ex: Anabaena; Nostoc. 
Sistema de proteção por locomoção de células: 
 
Bactérias aproveita o movimento ondulatório que permite sua locomoção até os 
locais de baixo potencial de O2 
 
Ex: Azospirillum; Herbaspirillum 
Sistema de proteção pela Leghemoglobina e nodulação: 
 
 
È o mais evoluído dos sistemas de proteção. As bactérias apresentam dois 
mecanismos de proteção: 
 
-Nodulação – protege a nitrogenase ao ataque do O2; 
 
-Leghemoglobina – alta afinidade pelo O2, e funciona como um tampão 
protegendo a nitrogenase. 
 
-Ex: Bradyrhizobium; Rhizobium; Azorhizobium; Frankia; Parasponia. 
Rizóbio dentro de um nódulo 
Cada nódulo tem cerca de 109 células 
bacterianas 
 
Microscópio de varredura 
Nódulos ativos e novos 
Presença de leghemoglobina 
 
Lupa 
Rizóbio no solo envolto por uma cápsula de 
exopolissacarídeo, que protege a célula contra a 
dessecação. Também facilita a aderência à superfície da 
raiz. 
 
Microscopia de transmissão: Frank Dazzo 
Nódulos em raízes de acordo com ilustração de 
Malpighi (1679) 
Patógeno radicular 
? 
Apresentador
Notas de apresentação
Nódulos em raízes de Vicia faba, de acordo com ilustração de Malpighi (1679)
Identificação do rizóbio - primeiros passos 
1888 - Beijerinck: isolamento e purificação da 
bactéria presente no nódulo 
1879 - Frank: mostrou que sementes de leguminosas 
cultivadas em solos esterilizados não formavam 
nódulos 
1886 a 1888 - Hellriegel: realizou experimentos em áreas com 
pouco nitrogênio leguminosas: bom desenvolvimento 
 outras famílias: desenvolvimento ruim 
Conclusão: as leguminosas poderiam estar aproveitando o N2 da 
atmosfera 
1887 - Ward: usou nódulos macerados para inocular sementes 
de leguminosas cultivadas em solos esterilizados 
Simbiose 
• relação benéfica para ambos os organismos; 
 
 
 
 
 
• simbiose leguminosa x rizóbio: é um dos 
melhores exemplos e também um dos mais bem 
estudados; 
 planta: recebe N para o seu crescimento 
 
 bacteróide: tem um nicho protegido, rico em nutrientes 
 ( C fixado pela fotossíntese) 
 
 . 
1-reconhecimento e aderência 
Pelo radicular 
Célula 
rizobiana 
2- Invasão. O rizóbio 
penetra no pelo 
radicular e multiplica-
se através de uma fibra 
infecciosa 
O Processo infectivo 
Nódulos 
5- a célula da planta e da bactéria 
continuam a se dividir 
 
 
Células de Rhizobium trifolii aderidas à 
superfície da ponta da raiz de trevo 
 Foto: Frank Dazzo (obtida de homepage) 
12 µ 
2 µ 
Rhizobium trifolii aderidos à superfície da raiz 
de trevo. Formação de uma rede de microfibrilas 
(celulose/exopolissacarídeos) 
 
 Foto: Frank Dazzo (obtida de homepage) 
Nódulos radiculares 
nódulos radiculares 
nódulos caulinares 
 
 crescimento determinado 
 crescimento indeterminado 
nódulos 
caulinares 
nódulos 
radiculares 
Nódulos 
caulinares de 
Sesbania 
rostrata 
Diversidade do rizóbio 
tropical 
Família Rhizobiaceae 
~ Bergey´s manual 1984 ~ 
Rizóbio (rhiza: raiz e bios: vida – o que vive na raiz) 
 
1) Células estimulam a formação de nódulos em raízes de leguminosas. Quando em 
simbiose reduzem N2 atmosférico 
2 gêneros classificados: 
• Rhizobium (Frank 1889) - crescimento rápido em meio com manitol/extrato de 
levedura, geralmente nodulam leguminosas temperadas, reação ácida no meio. 
Teor G+C: 59-64 
• Bradyrhizobium (Jordan 1982) - crescimento lento em meio com 
manitol/extrato de levedura, geralmente nodulam leguminosas tropicais, 
reação alcalina no meio. Teor G+C: 61-65 
2) Células não causam a formação de nódulos nas raízes mas a maioria das spp 
produzem outros tipos de hipertrofia em várias plantas. Não fixam 
nitrogênio 
 
 
 
Rhizobium (Frank 1889) 
• Bastonetes. Geralmente contém grânulos de Poli-B-hidroxibutirato 
• Não forma esporo 
• Gram-negativa 
• Motilidade através de 1 flagelo polar ou subpolar ou vários ao redor da célula 
• Aerobiose 
• Capaz de crescer em microaerofilia 
• Colônias são circulares, convexas, semi-translúcidas, produtoras de muco 
• Utilizam uma faixa ampla de fontes de carbono 
• Produção de muco abundante em meio contendo carboidrato 
• Reação ácida quando cresce em manitol ou outros carboidratos 
• Fonte de N: sais de amônio, nitrato e a maioria dos aminoácidos 
• São capazes de formar nódulos com leguminosas de clima temperado e algumas de clima 
tropical 
• Nos nódulos, assume formas pleomórficas (bacteróides) 
Bradyrhizobium (Jordan 1982) 
• Bastonetes. Geralmente contém grânulos de Poli-B-hidroxibutirato 
• Não forma esporo 
• Gram-negativa 
• Motilidade através de 1 flagelo polar ou subpolar 
• Aeróbico 
• Capaz de crescer em microaerofilia 
• Colônias são circulares, convexas, opacas, produtoras de muco 
• Utilizam uma faixa ampla de fontes de carbono 
• Produção de muco abundante em meio contendo carboidrato 
• Reação alcalina quando cresce em manitol ou em outros carboidratos 
• Fonte de N: sais de amônio, nitrato e alguns aminoácidos 
• São capazes de formar nódulos com leguminosas declima tropical e algumas de clima 
temperado 
• Nos nódulos, assume formas pleomórficas (bacteróides) 
Produção de bacteriocina em meio de cultura 
 
 BR29 
B.elkanii 
 BR33 B.japonicum 
Bioquímica e Fisiologia da fixação de Nitrogênio 
A reação química N2 emNH3 (processo de Haber-Bosch) 
exige pressão e temperatura elevadas para quebrar 
a tripla ligação. 
A enzima nitrogenase utilizada na fixação biológica 
do N é capaz de promover a mesma reação a 
temperatura e pressão normal 
A nitrogenase é formada por duas proteínas alfa e 
beta (Mo e Fe) 
(Importância de se fornecer micronutrientes nas 
adubações). 
Nodulação em soja 
Nodulação em Feijoeiro 
Nodulação em Leguminosas nativas 
Nodulação caulinar em Sesbania, Aeschynomene 
e Discolobium 
Associações com Cianobactérias 
Azolla 
Tecnologia da inoculação 
Qualidade e quantidade dos inoculantes 
 
 
 
Os inoculantes turfosos, líquidos ou outras formulações devem conter 
uma população mínima de 1x108 células/g ou ml de inoculante e devem 
ter comprovada a eficiência agronômica, conforme normas oficiais da 
RELARE, aprovadas pelo Ministério da Agricultura, Pecuária e 
Abastecimento (MAPA). 
A quantidade mínima de inoculante a ser utilizada deve ser a que 
forneça 300.000 células/semente. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Cuidados ao adquirir inoculantes 
 
a) adquirir inoculantes recomendados pela pesquisa e devidamente registrados no 
MAPA. O número de registro deverá estar impresso na embalagem; 
 
b) não adquirir e não usar inoculante com prazo de validade vencido e que não 
tenha uma população mínima de 1x108 células viáveis por grama ou por ml do 
produto e que forneça 300.000 células/semente; 
 
c) certificar-se de que o mesmo estava armazenado em condições satisfatórias de 
temperatura e arejamento; 
 
d) transportar e conservar o inoculante em lugar fresco e bem arejado; 
 
e) certificar-se de que os inoculantes contenham pelo menos duas das quatro 
estirpes recomendadas para o Brasil (SEMIA 587, SEMIA 5019, SEMIA 5079 e SEMIA 
5080); e 
 
f) em caso de dúvida sobre a qualidade do inoculante, contatar um fiscal do 
MAPA. 
 
 
 
 
Tipos de Inoculação 
- Junto com a sementes 
-No sulco de semeadura 
 
Uso de leguminosas na 
agricultura 
As leguminosas e a adubação verde 
Principais espécies utilizadas: 
Mucuna preta 
Soja perene 
Siratro 
Centrosema 
Galactia 
Kudzu 
Estilosantes 
Alfafa 
Feijão miúdo 
Lab lab 
Leucena 
Guandú 
Calopogônio 
Crotalária 
Feijão de porco 
Calopogônio 
Crotalária 
Estilosantes 
Feijão Guandú 
Feijão de porco 
Leucena 
Mucuna Preta 
Puerária 
Contribuição da Fixação 
Biológica do Nitrogênio para a 
Agricultura 
Siratro cultivado em condições estéreis 
não inoculado 
inoculado 
Benefício econômico da FBN 
• Estima-se que essa tecnologia de baixo 
custo proporcione uma economia de 1 
bilhão de dólares por ano em adubos 
nitrogenados. 
(Hungria et al., 1994) 
Fixação Biológica de Nitrogênio 
inoculado 
não inoculado 
	Microbiologia do Solo
	Alimentação humana
	teor de proteína�X �disponibilidade de N
	Número do slide 4
	Número do slide 5
	Reação de redução do N2 atmosférico�pela nitrogenase
	Número do slide 7
	Número do slide 8
	Número do slide 9
	Número do slide 10
	Número do slide 11
	Número do slide 12
	Número do slide 13
	Identificação do rizóbio - primeiros passos
	Simbiose
	Número do slide 16
	Número do slide 17
	Número do slide 18
	Número do slide 19
	Número do slide 20
	Número do slide 21
	Número do slide 22
	Número do slide 23
	Nódulos caulinares de Sesbania rostrata
	Diversidade do rizóbio tropical
	Família Rhizobiaceae�~ Bergey´s manual 1984 ~
	Rhizobium (Frank 1889)
	Bradyrhizobium (Jordan 1982) 
	Produção de bacteriocina em meio de cultura
	Número do slide 30
	Número do slide 31
	Número do slide 32
	Número do slide 33
	Número do slide 34
	Número do slide 35
	Número do slide 36
	Número do slide 37
	Associações com Cianobactérias
	Número do slide 39
	Número do slide 40
	Número do slide 41
	Tecnologia da inoculação
	Número do slide 43
	Número do slide 44
	Número do slide 45
	Número do slide 46
	Número do slide 47
	Número do slide 48
	Número do slide 49
	Uso de leguminosas na agricultura
	Número do slide 51
	Número do slide 52
	Número do slide 53
	Número do slide 54
	Número do slide 55
	Número do slide 56
	Número do slide 57
	Número do slide 58
	Número do slide 59
	Número do slide 60
	Número do slide 61
	Número do slide 62
	Contribuição da Fixação Biológica do Nitrogênio para a Agricultura
	Número do slide 64
	Benefício econômico da FBN
	Número do slide 66