bioprocessos_aplicacoes_na_recuperacao_do_meio_ambiente_na_producao_agricola_e_na_sust

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Brasília-DF. 
Bioprocessos: AplicAções nA 
recuperAção do Meio AMBiente, nA 
produção AgrícolA e 
 nA sustentABilidAde
Elaboração
Débora Fernanda Vieira
André Guelli Lopes
Fábio Dyszy
Julio Cesar Pissuti Damalio
Produção
Equipe Técnica de Avaliação, Revisão Linguística e Editoração
Sumário
APRESENTAÇÃO .................................................................................................................................. 4
ORGANIZAÇÃO DO CADERNO DE ESTUDOS E PESQUISA ..................................................................... 5
INTRODUÇÃO ..................................................................................................................................... 7
UNIDADE I
OTIMIZAÇÃO DA PRODUÇÃO AGRÍCOLA E ANIMAL .............................................................................. 9
CAPÍTULO 1
CULTURA DE TECIDOS: O QUE É E QUAIS AS APLICAÇÕES ......................................................... 9
CAPÍTULO 2
IMPORTÂNCIA E OTIMIZAÇÃO DA FIXAÇÃO DE NITROGÊNIO .................................................. 17
CAPÍTULO 3
CONTROLE BIOLÓGICO DE PRAGAS VEGETAIS E ANIMAIS ....................................................... 22
CAPÍTULO 4
MELHORAMENTO DE ESPÉCIES VEGETAIS DE INTERESSE ECONÔMICO ..................................... 26
UNIDADE II
CONTROLE E TRATAMENTO DE RESÍDUOS ............................................................................................ 37
CAPÍTULO 1
BIORREMEDIAÇÃO: BIOPROCESSOS VISANDO À PROTEÇÃO AMBIENTAL .................................. 37
CAPÍTULO 2
TRATAMENTO DE RESÍDUOS E DE ÁGUA .................................................................................. 44
CAPÍTULO 3
CONTROLE DE QUALIDADE DO AR E DOS SOLOS ................................................................... 51
PARA (NÃO) FINALIZAR ...................................................................................................................... 56
REFERÊNCIAS .................................................................................................................................... 57
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Apresentação
Caro aluno
A proposta editorial deste Caderno de Estudos e Pesquisa reúne elementos que se entendem 
necessários para o desenvolvimento do estudo com segurança e qualidade. Caracteriza-se pela 
atualidade, dinâmica e pertinência de seu conteúdo, bem como pela interatividade e modernidade 
de sua estrutura formal, adequadas à metodologia da Educação a Distância – EaD.
Pretende-se, com este material, levá-lo à reflexão e à compreensão da pluralidade dos conhecimentos 
a serem oferecidos, possibilitando-lhe ampliar conceitos específicos da área e atuar de forma 
competente e conscienciosa, como convém ao profissional que busca a formação continuada para 
vencer os desafios que a evolução científico-tecnológica impõe ao mundo contemporâneo.
Elaborou-se a presente publicação com a intenção de torná-la subsídio valioso, de modo a facilitar 
sua caminhada na trajetória a ser percorrida tanto na vida pessoal quanto na profissional. Utilize-a 
como instrumento para seu sucesso na carreira.
Conselho Editorial
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Organização do Caderno 
de Estudos e Pesquisa
Para facilitar seu estudo, os conteúdos são organizados em unidades, subdivididas em capítulos, de 
forma didática, objetiva e coerente. Eles serão abordados por meio de textos básicos, com questões 
para reflexão, entre outros recursos editoriais que visam a tornar sua leitura mais agradável. Ao 
final, serão indicadas, também, fontes de consulta, para aprofundar os estudos com leituras e 
pesquisas complementares.
A seguir, uma breve descrição dos ícones utilizados na organização dos Cadernos de Estudos 
e Pesquisa.
Provocação
Textos que buscam instigar o aluno a refletir sobre determinado assunto antes 
mesmo de iniciar sua leitura ou após algum trecho pertinente para o autor 
conteudista.
Para refletir
Questões inseridas no decorrer do estudo a fim de que o aluno faça uma pausa e reflita 
sobre o conteúdo estudado ou temas que o ajudem em seu raciocínio. É importante 
que ele verifique seus conhecimentos, suas experiências e seus sentimentos. As 
reflexões são o ponto de partida para a construção de suas conclusões.
Sugestão de estudo complementar
Sugestões de leituras adicionais, filmes e sites para aprofundamento do estudo, 
discussões em fóruns ou encontros presenciais quando for o caso.
Praticando
Sugestão de atividades, no decorrer das leituras, com o objetivo didático de fortalecer 
o processo de aprendizagem do aluno.
Atenção
Chamadas para alertar detalhes/tópicos importantes que contribuam para a 
síntese/conclusão do assunto abordado.
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Saiba mais
Informações complementares para elucidar a construção das sínteses/conclusões 
sobre o assunto abordado.
Sintetizando
Trecho que busca resumir informações relevantes do conteúdo, facilitando o 
entendimento pelo aluno sobre trechos mais complexos.
Exercício de fixação
Atividades que buscam reforçar a assimilação e fixação dos períodos que o autor/
conteudista achar mais relevante em relação a aprendizagem de seu módulo (não 
há registro de menção).
Avaliação Final
Questionário com 10 questões objetivas, baseadas nos objetivos do curso, 
que visam verificar a aprendizagem do curso (há registro de menção). É a única 
atividade do curso que vale nota, ou seja, é a atividade que o aluno fará para saber 
se pode ou não receber a certificação.
Para (não) finalizar
Texto integrador, ao final do módulo, que motiva o aluno a continuar a aprendizagem 
ou estimula ponderações complementares sobre o módulo estudado.
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Introdução
O presente Caderno de Estudos e Pesquisa foi elaborado com o objetivo de propiciar conhecimentos 
aplicados na área de Engenharia de Bioprocessos.
Bioprocessos pode ser considerado como sinônimo de processos biotecnológicos, ou seja, processos 
que se utilizam da biotecnologia para desenvolver produtos que mimetizam o comportamento 
biológico. Por sua vez, a biotecnologia é uma área ampla, constituindo um conjunto de técnicas, 
métodos e processos que utilizam sistemas biológicos, como micro-organismos, enzimas, células, 
para obtenção de bioprodutos e serviços.
As áreas de aplicação dos resultados obtidos pela aplicação do conhecimento em biotecnologia são 
múltiplas e podem ser destinadas à agricultura (por exemplo, bioinseticida), veterinária (vacinas), 
bioenergia, indústria de alimentos e bebidas (aromas e corantes), indústria de cosméticos (gomas), 
química (celulose e hemicelulose), farmacêutica (biotransformação), médica (células-tronco), 
florestal (propagação vegetal controlada) e meio ambiente (tratamento de resíduos). 
Neste módulo, iremos nos concentrar na área de bioprocessos, cuja aplicação se dá na recuperação 
do meio ambiente, na produção agrícola e na sustentabilidade.
Objetivos
 » Aprender sobre a cultura de tecidos: o que é e quais as aplicações.
 » Entender a importância e otimização da fixação de nitrogênio.
 » Compreender o controle biológico de pragas vegetais e animais.
 » Ter uma visão geral sobre biorremediação: bioprocessos visando à proteção ambiental.
 » Estudar o processo de tratamento de resíduos e de água.
 » Conhecer formas de controle de qualidade do ar e dos solos.
 » Aprender sobre o melhoramento de espécies vegetais de interesse econômico.
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UNIDADE I
OTIMIZAÇÃO 
DA PRODUÇÃO 
AGRÍCOLA E ANIMAL
CAPÍTULO 1
Cultura de tecidos: o que é e quais 
as aplicações
Cultura de tecidos é um nome genérico que se dá aos vários procedimentos de cultivo in vitro 
de células, tecidos e órgãos vegetais em um meio nutritivo e em condições assépticas. (Glossário 
de Biotecnologia, 2005). Essa cultura se faz a partir da remoção de células, tecidos ou órgãos 
de um animal ou planta que são transferidos para um ambiente artificial contendo indutores de 
crescimento. Esse ambiente artificial geralmente consiste em um tubo ou frasco de cultura feito de 
vidro ou plástico, contendo ummeio líquido ou semissólido composto de nutrientes essenciais para 
a sobrevivência, crescimento e multiplicação das células (Figura 1). Esse processo é realizado sob 
condições controladas de temperatura, umidade, oxigênio e gás carbônico. O meio de cultura possui, 
em sua composição, basicamente sais minerais, aminoácidos, uma fonte de energia (ex.: glicose) 
e indutores de crescimento, porém cada linhagem celular apresenta necessidades específicas de 
certos componentes.
Figura 1. Exemplos de frascos de cultura utilizados em cultura de células. (A) Frasco de 25 cm2 com boca 
inclinada e tampa ventilada, (B) placas de Petri, (C) erlenmeyers de plástico, (D) erlenmeyers de vidro, (E) placas 
de 48 poços, (F) placa de 384 poços, (G) frascos para cultura de plantas, (H) tubo de cultura. 
Fonte: Catálogo de produtos Corning® e SPL Life Sciences.
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UNIDADE I │ OTIMIZAÇÃO DA PRODUÇÃO AGRÍCOLA E ANIMAL
Cultura de tecidos vegetais
Um dos primeiros fundamentos da cultura de tecidos vegetais é a totipotência, ou seja, a capacidade 
que a célula tem de autonomamente originar uma planta. Entretanto, a totipotência somente é 
expressa sob condições especiais de estímulos. 
Estudos iniciais sobre a técnica de cultivo de células tiveram início em 1900, mesma época que 
surgiram as primeiras ideias sobre a totipotência. Nas décadas de 1930 e 1940, vários trabalhos 
foram baseados na formulação de meios de cultivo, assepsia. Ainda durante esse período, foi 
descoberta a auxina e identificada seu papel como um hormônio que induzia o crescimento a 
partir de ápices. Esses estudos proporcionaram base para o desenvolvimento do primeiro trabalho 
de cultura de tecidos realizado com sucesso em 1934. Trabalhos de aperfeiçoamento da técnica 
surgiram concomitantemente com estudos sobre o papel da tiamina (vitamina) no crescimento de 
raízes in vitro. Nas décadas de 1940 até 1970, houve um avanço nos estudos sobre a formulação de 
meios de cultivo, cultura de ápices meristemáticos, células em suspensão e regeneração de plantas, 
além dos primeiros estudos para obtenção de plantas livres de vírus. Já entre 1970 e 1990, surgiram 
os primeiros trabalhos sobre manipulação genética e plantas transgênicas, com o desenvolvimento 
da técnica de transformação genética em plantas.
Curiosidade: em 1994 foi o lançamento comercial da primeira planta transgênica (no 
Brasil), o tomate flavr savr (Calgene). 
De 1990 até os dias atuais, os protocolos de cultura de tecidos vêm sendo aperfeiçoados com base 
nos estudos de fisiologia e bioquímica vegetal, a fim de desenvolver uma técnica mais eficiente, o 
que vem sendo realizado em Universidades e Centros de Pesquisa, como a Embrapa, por exemplo. 
Como é a técnica?
Na técnica de cultura de tecidos vegetais, pequenos fragmentos de tecido vivo, chamados explantes, 
são isolados de um organismo vegetal, desinfestados (processo de esterilização que visa eliminar 
bactérias, fungos e vírus) e cultivados assepticamente em um meio de cultivo e por um tempo 
determinado. O objetivo dessa cultura in vitro é obter uma planta idêntica a original, ou seja, 
realizar uma clonagem vegetal (Figura 2). 
Os explantes podem ser originais de qualquer parte viva da planta (fragmento de folha, de raiz, 
de caule) que responda às condições de indução do meio de cultura, para a regeneração vegetal in 
vitro. Essa regeneração é fundamentada na capacidade de proliferação das células vegetais de se 
organizarem em tecidos e, eventualmente, em plantas completas, o que chamamos de totipotência. 
Como os explantes são uma mistura de células em variados estados fisiológicos, bioquímicos e de 
desenvolvimento, espera-se que, em um ambiente in vitro, diferentes tipos celulares respondam 
diferentemente às condições de cultura (lembre-se de que nesse ambiente existem indutores!), 
levando ao desenvolvimento de um novo indivíduo in vitro.
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OTIMIZAÇÃO DA PRODUÇÃO AGRÍCOLA E ANIMAL │ UNIDADE I
Figura 2. Exemplo de uma cultura de tecidos vegetais. A. Calos. B-C. Diferenciação de células em cultura feita 
em placa. D. Cultura feita em tubos de ensaio.
Fonte: Embrapa.
Vocabulário:
 » Explante: qualquer segmento de tecido oriundo de uma planta para iniciar uma 
cultura in vitro, geralmente com vistas a estabelecer um protocolo de plantas de 
genótipo superior.
 » Calo: é um grupo ou massa de células com crescimento desordenado que pode 
apresentar certo grau de diferenciação.
 » Meristemas pré-existentes – exemplos: ápice caulinar, meristema, segmento nodal 
e sementes.
 » Não meristemáticos – exemplos: disco de folha, segmentos de raiz, segmentos de 
folha.
A regeneração de uma planta in vitro não é trivial. Pelo menos três fatores afetam esse processo: 
(1) o genótipo, ou seja, qual espécie ou variedade está sendo cultivada (pois algumas variedades 
dentro de uma mesma espécie respondem diferentemente às condições de cultivo); (2) a fonte de 
explantes (folha, raiz, caule etc.) levando-se em conta que a regeneração depende da maturidade 
do tecido, ou seja, tecidos jovens terão mais chance de sucesso; e (3) a condição da cultura, ou 
seja, constituição de meio de cultura, condição de luz, de temperatura, tipo de frasco de cultura 
(importante ter um tamanho adequado para trocas gasosas e permeabilidade). Esses três fatores 
precisam ser estabelecidos corretamente para que haja sucesso na iniciação da cultura in vitro. Além 
disso, os sistemas que controlam o desenvolvimento das plantas, como os hormônios, precisam ser 
conhecidos. Na Figura 3, está representada uma câmara de crescimento em que os três fatores que 
afetam a regeneração in vitro estão controlados.
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UNIDADE I │ OTIMIZAÇÃO DA PRODUÇÃO AGRÍCOLA E ANIMAL
Figura 3. Câmara de crescimento utilizada em cultura de tecidos vegetais.
Fonte: <http://desimbloglio.blogspot.com/2011/06/biotecnologia-mercado-de-mudas-de.html>. Acesso em: 2 de jan. de 2014.
Existem diversos sistemas de cultivo de células in vitro, tais como a cultura de embriões, cultura de 
órgãos (raiz, gemas, meristemas), cultura de calos, cultura de células em suspensão, embriogênese 
somática, cultura de células haploides (ex.: cultura de anteras, de grãos de pólen, de óvulos), cultura 
de protoplastos (isolamento de cultivo de células sem parede celular).
Aplicações da técnica de cultura de 
tecidos vegetais
A cultura de tecidos vegetais é uma ferramenta de alto potencial para aplicação no melhoramento 
vegetal. Sua aplicação na agricultura extrapolou a função de técnica destinada a auxiliar na propagação 
de plantas de interesse agrícola, e hoje, em combinação com técnicas de DNA recombinante, tem 
sido utilizada com sucesso para incorporar características específicas por meio de transferência de 
genes, representando uma das maiores aplicações práticas na agricultura. 
Mais amplamente, ela engloba tanto a pesquisa básica, como estudos de fisiologia e bioquímica 
vegetal, quanto assuntos mais especializados, como a micropropagação de mudas em larga escala (de 
espécies florestais, ornamentais e frutíferas), limpeza de vírus (em culturas de plantas ornamentais 
e frutíferas, por exemplo), cultivo de embriões (para germinação quando o desenvolvimento do 
fruto é um processo prolongado), produção de sementes sintéticas, conservação de germoplasma 
in vitro diminuindo o risco de proliferação de pragas e doenças (exemplos de espécies de maior 
interesse de propagação vegetativa: alho, mandioca, batata, batata doce) e manipulação genética, 
usada para aumentar a variabilidade genética ou introduzir genes por transformação genética (ex.: 
inserir genes de tolerância e(ou) resistência em uma espécie ou variedade, proporcionando maior 
rendimento na produção agrícola).
De um modo geral, o desenvolvimento da cultura de tecidos e sua aplicação no melhoramento genético 
vegetal vêm gerando soluções e renovando, cada vez mais, a tecnologia usada no desenvolvimento 
da agricultura nacional.
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OTIMIZAÇÃO DA PRODUÇÃO AGRÍCOLA E ANIMAL │ UNIDADE ICultura de tecidos animais
Os primeiros estudos envolvendo cultura de células apareceram no século XIX. Sydney Ringer 
desenvolveu uma solução contendo cloreto de sódio, potássio, cálcio e magnésio para manter os 
batimentos cardíacos de um coração isolado fora do corpo. A primeira cultura de células animais foi 
obtida com sucesso, em 1907, por Ross G. Harrison que isolou pequenos pedaços de medula espinhal 
de anfíbios em coágulo linfático e os manteve ali por alguns dias. A partir daí começou a se buscar 
formas de prolongar o tempo de vida das células em cultura. Somente nas décadas de 1940 e 1950, com 
o desenvolvimento dos meios de cultivo, a técnica de cultura de tecidos pode ser realmente utilizada 
como uma ferramenta pelos cientistas. Primeiramente, houve o desenvolvimento de antibióticos, 
tornando mais fácil de evitar a contaminação dos meios de cultura que era um sério problema. 
Depois, houve o desenvolvimento de técnicas necessárias para obtenção de linhagens celulares em 
contínuo crescimento. Em 1951, George Gey isolou células de câncer de útero de Henrietta Lacks e as 
manteve em cultivo continuamente. As chamadas células HeLa (Figura 4) foram consideradas como 
a primeira linhagem imortal cultivada in vitro, sendo utilizada até hoje na maioria dos laboratórios 
de pesquisa do mundo. Obtendo essas linhagens celulares capazes de crescer continuamente em 
cultura, os pesquisadores puderam usá-las e desenvolveram meios de cultura definidos quimicamente 
e padronizaram esses meios como o indicado para manter as células in vitro.
Figura 4. Células HeLa. 
Fonte: ATCC® (<http://www.atcc.org/>. Acesso em: 14 de jan. de 2014).
O livro A Vida Imortal de Henrietta Lacks, de Rebecca Skloot. A obra narra os 
acontecimentos que rodearam o elo científico do estabelecimento da primeira 
linhagem celular humana in vitro, as células HeLa, e conta a história da família dos 
descendentes de Henrietta Lacks, paciente afro-americana da qual extraíram células 
(daí o nome das células HeLa,de Henrietta Lacks), e as considerações éticas derivadas 
da exploração comercial de um material biológico extraído de uma paciente pobre 
sem seu consentimento.
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UNIDADE I │ OTIMIZAÇÃO DA PRODUÇÃO AGRÍCOLA E ANIMAL
Características da cultura de células animais
Uma cultura de células tem certas características que são resultantes de sua origem (de que tipo 
de órgão ou tecido elas vieram) e como elas se adaptaram as condições da cultura; além disso, elas 
têm uma vida finita em cultura. Para confirmar se as células em cultura estão viáveis e saudáveis, 
temos de analisar suas funções. As funções dessas células em cultura podem ser confirmadas 
por meio do uso de marcadores bioquímicos, por exemplo, as células do fígado são capazes de 
secretar albumina, um tipo de proteína. Marcadores morfológicos e ultraestruturais também 
podem ser usados para examinar as células em cultura, como, por exemplo, em células de coração, 
o batimento.
As condições de manutenção da cultura são essenciais para o crescimento e adequado 
desenvolvimento das células. Essas condições requerem: (1) uma temperatura apropriada 
(mantida constante com o uso de uma incubadora), que em geral é a mesma temperatura corporal 
do indivíduo do qual as células foram obtidas; (2) um bom substrato para a adesão celular, sendo 
usados vidros ou plásticos especiais na confecção dos frascos de cultura, e (3) o adequado meio de 
cultura, que deve conter além dos nutrientes essenciais (aminoácidos, sais minerais, vitaminas, 
carboidratos), fatores de crescimento, reguladores de pH, de osmolaridade, e de gases essenciais 
(O2 e CO2).
O acompanhamento da cultura é essencial e pelo menos quatro fatores são importantes de serem 
analisados para dizer se a cultura está viável ou não: a morfologia das células (o formato das células), 
a taxa de crescimento celular (que se observa fazendo uma contagem das células em cultura de 
tempos em tempos), a eficiência do plaqueamento celular (faz-se um teste em que um pequeno 
número de células é colocado em cultura e se conta o número de colônias que se formam e seu 
tamanho) e a expressão de funções especiais da célula (usando para isso ensaios bioquímicos ou 
imunológicos).
Problemas em cultura de células
Um dos principais problemas encontrados em cultura de células é sua contaminação que pode se dar 
por via química, causada por agentes tais como endotoxinas, íons metálicos, resto de desinfetantes 
químicos, ou por via biológica, na forma de crescimento de fungos ou bactérias.
As principais formas de se evitar a contaminação do meio é com o uso, por parte das pessoas 
que trabalham com as culturas, de boas técnicas assépticas e a manutenção e esterilização de 
equipamentos, frascos e meios (Figura 5). O correto uso de antibióticos para cada meio de cultura 
também pode evitar a perda da cultura por contaminação biológica. Outro ponto essencial no 
trabalho de cultura de células é a biossegurança, isto é, a utilização de princípios de contenção, 
tecnologias e práticas no intuito de prevenir exposição involuntária a agentes patogênicos e toxinas 
(no ambiente de trabalho) ou sua liberação acidental (ao ambiente). Entre estas práticas estão uso 
de equipamentos pessoais de proteção (luva, jaleco, óculos de proteção etc.), avisos nas portas, 
paredes e equipamentos sobre segurança e riscos, manutenção da limpeza e organização do meio de 
trabalho, treinamento do pessoal especializado.
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OTIMIZAÇÃO DA PRODUÇÃO AGRÍCOLA E ANIMAL │ UNIDADE I
Figura 5. Equipamentos e materiais utilizados em cultura de células. Estufa para cultivo celular, álcool 70% para 
limpeza de fluxo laminar e materiais, autoclave para esterilização e desinfecção, fluxo laminar limpo e organizado, 
microscópio, uso de equipamentos de proteção individual (EPI): luvas, jaleco, óculos de proteção, máscaras.
Fonte:< http://biosintesis.com.br/biosintesis/laboratorio>/; <http://www.medicalexpo.com/prod/prohs/vertical-laboratory-
autoclaves-69753-508844.html>; <http://www.uniscience.com>.
Aplicações da cultura de tecidos 
Uma das aplicações da técnica de cultura de células animais é no desenvolvimento de técnicas de 
fusão de células, podendo assim obter células híbridas a partir da fusão de células de diferentes pais. 
Essa técnica foi usada em 1975 para criar células capazes de produzir anticorpos monoclonais. 
A cultura de células tem se tornado uma das ferramentas usadas em biologia celular e molecular, 
englobando as áreas de:
 » modelos de sistemas de estudos: por exemplo, no estudo de um modelo de sistema 
de estudo dos efeitos de drogas nas células;
 » produção de anticorpos monoclonais: por exemplo, vários anticorpos usados no 
tratamento de câncer de mama (Herceptin), leucemia (Campath), carcinoma de 
colo e reto (Avastin) e asma (Xolair) são obtidos pelo cultivo de células CHO (células 
de ovário de hamster chinês);
 » análise de toxicidade: culturas de células são amplamente usadas no estudo de 
efeitos de novas drogas, cosméticos e química;
 » pesquisas em câncer: tanto células sadias quanto cancerígenas são capazes de 
crescer em cultura e, assim, as diferenças básicas entre elas podem ser estudadas, 
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UNIDADE I │ OTIMIZAÇÃO DA PRODUÇÃO AGRÍCOLA E ANIMAL
além de ser possível usar substâncias químicas, radiação ou vírus para converter 
células normais em cancerígenas ou selecioná-las para fazer um estudo de suas 
consequências;
 » virologia: replicação de vírus em cultura de células para uso de produção de vacinas;
 » produção de proteínas e anticorpos e até mesmo tecidos e órgãos. Ex.: produção de 
pele artificial para uso no tratamento de queimaduras e úlceras;
 » aconselhamento genético: algumas técnicas usadas para diagnósticos utilizam 
da cultura de células para obtenção de um resultado, como, por exemplo, a 
aminocentese;
 » engenharia genética: cultura de células pode ser transfectada com DNA de uma 
espécie e ser usada para produção de proteínas ou hormônios em larga escala a 
partir de célulasque originalmente não produzem tal proteína (ex.: produção de 
proteínas heterólogas);
 » terapia gênica: células podem ser removidas de um paciente que perdeu a 
funcionalidade de um gene e crescidas em meio que devolva essa funcionalidade às 
células que serão retransferidas ao paciente;
 » desenvolvimento de novas drogas: ensaios usando cultura de células são utilizados 
tanto para avaliar eficiência e toxicidade da droga quanto para rastrear inicialmente 
quais compostos podem ser considerados potenciais candidatos a serem usados 
como drogas – high throughput screening.
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CAPÍTULO 2
Importância e otimização da fixação 
de nitrogênio
O nitrogênio é um constituinte essencial às células, uma vez que é necessário à formação de 
aminoácidos e ácidos nucleicos. Seu teor na célula pode atingir até 15% em massa seca. 
Os micro-organismos apresentam grande diversidade na assimilação de fontes de nitrogênio. 
Muitos são autotróficos para nitrogênio, sendo capazes de utilizar nitrato, amônio e, algumas vezes, 
nitrogênio gasoso como única fonte de nitrogênio. Outros, entretanto, necessitam do suprimento 
deste elemento sob a forma de aminoácidos ou de bases purínicas e pirimidínicas.
Ciclo do nitrogênio
O nitrogênio é o elemento químico mais abundante na atmosfera terrestre, contribuindo com 
aproximadamente 78% de sua composição. Sendo nitrogênio gasoso, ele não está prontamente 
disponível para a biota terrestre. O suprimento e a ciclagem ambiental das formas disponíveis 
deste elemento são largamente dependentes da decomposição biológica do nitrogênio. Os 
constituintes minoritários, tais como óxido nitroso (N2O), óxido nítrico (NO), dióxido de 
nitrogênio (NO2), ácido nítrico (HNO3) e amônia (NH3) são quimicamente reativos e têm 
importantes papéis nos problemas ambientais (chuva ácida, poluição atmosférica, depleção da 
camada de ozônio). Os óxidos de nitrogênio, NO e NO2, são rapidamente interconversíveis e 
existem em equilíbrio dinâmico. 
Nos organismos vivos, o nitrogênio faz parte da constituição das proteínas e do DNA. Na atmosfera 
ele está sob a forma de N2, porém as plantas e animais não são capazes de utilizá-lo diretamente. Os 
animais necessitam do nitrogênio incorporado em compostos orgânicos (aminoácidos e proteínas), 
enquanto que plantas e algas necessitam do nitrogênio sob a forma de íons nitrato (NO3
-) ou íons 
amônio (NH4
+).
Estes íons estão disponíveis na natureza graças a um complexo ciclo, um processo dinâmico de 
intercâmbio de nitrogênio entre a atmosfera, a matéria orgânica e compostos inorgânicos. Na 
Figura 6 estão representadas as transformações dos compostos nitrogenados no ciclo do nitrogênio, 
resultantes do metabolismo microbiano nos processos de fixação, nitrificação, desnitrificação, 
oxidação anaeróbia do amônio via nitrito e redução desassimilatória do nitrato.
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UNIDADE I │ OTIMIZAÇÃO DA PRODUÇÃO AGRÍCOLA E ANIMAL
Figura 6. Fixação de nitrogênio
 Fonte: Química Nova, 5(3), 2003.
Na biosfera, o nitrogênio encontra-se principalmente como um gás altamente estável, que pode ser 
utilizado pelas bactérias fixadoras de nitrogênio, tais como Rhizobium, Azobacter e Cianobactérias. 
O processo metabólico de fixação biológica de nitrogênio molecular atmosférico, que corresponde a 
uma redução do nitrogênio gasoso a íon amônio, é bastante importante para as plantas e animais, 
uma vez que fornece um composto nitrogenado assimilável pelos seres vivos.
Em um ambiente natural, em um terreno sem a presença de fertilizantes, a fixação biológica 
de N2 envolve a presença da bactéria Rhizobium, fonte mais importante de nitrogênio para os 
organismos vivos. Essa bactéria vive em nódulos ou raízes de leguminosas e representa um exemplo 
interessante de simbiose, em que há benefícios para ambas as espécies: a leguminosa fornece local 
e alimento (açúcar) para a bactéria e, por outro lado, recebe o nitrogênio em forma assimilável. Em 
ecossistemas aquáticos, o ciclo do nitrogênio é similar, sendo as cianobactérias os micro-organismos 
mais importantes na fixação de nitrogênio. 
A fixação do nitrogênio pode também ocorrer quimicamente na atmosfera, via descargas elétricas 
(relâmpagos), por meio da fixação industrial (indústria de fertilizantes) ou por processos de queima de 
combustíveis fósseis. Contudo, cerca de 85% da fixação de nitrogênio na Terra são de origem biológica.
O nitrogênio também pode ser oxidado a nitritos (NO2
-) ou nitratos (NO3
-) por certas bactérias em 
um processo chamado de nitrificação, produzindo óxidos nítrico (NO) e nitroso (N2O), emitidos 
como gases para a atmosfera.
As bactérias, plantas e algas convertem os compostos inorgânicos de nitrogênio a espécies 
orgânicas, tornando o nitrogênio disponível na cadeia ecológica alimentar. Nos animais, em 
processo de respiração celular, os compostos orgânicos são transformados, retornam ao solo como 
excremento e podem ser absorvidos por plantas. Quando os organismos morrem, certas bactérias 
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OTIMIZAÇÃO DA PRODUÇÃO AGRÍCOLA E ANIMAL │ UNIDADE I
são capazes de converter os compostos orgânicos contendo nitrogênio em nitrato, amônia ou, por 
uma série de reações químicas, em nitrogênio molecular, quando, então, retorna à atmosfera.
A redução de nitrato (NO3
-) a espécies de nitrogênio sob a forma de gás (por exemplo, N2, N2O, NO) 
ocorre em processos químicos e biológicos e é denominada de desnitrificação. E isso leva a emissão 
de N2 à atmosfera, fechando o ciclo.
Fonte de nitrogênio em bioprocessos
Em Bioprocessos, a escolha dos nutrientes adequados à geração do produto de interesse está 
relacionada à atividade metabólica desenvolvida pelo agente biológico. Assim, é necessário de 
antemão obter informações sobre as exigências nutricionais da população microbiana envolvida 
no processo, para que se busquem fontes adequadas que possuam os componentes necessários ao 
bom desempenho da célula. Uma boa matéria-prima permitirá uma rápida e eficiente conversão do 
substrato em produto com o rendimento desejado.
Um meio de propagação e produção básico deve conter fontes de carbono, de nitrogênio, cofatores 
(componentes essenciais, orgânicos ou inorgânicos, necessários em pequenas quantidades para 
a atividade máxima dos sistemas enzimáticos. Ex.: metais, vitaminas), precursores (reagentes 
específicos que auxiliam na incorporação de um determinado grupo estrutural à molécula do 
produto. Ex.: íon cobalto na produção de vitamina B12) e elementos traços. Esses componentes e 
suas quantidades no meio devem ser ótimos para a produção do composto final e muitas vezes não 
são as mesmas condições para o crescimento celular.
Entre as fontes de nitrogênio inorgânicas, o sulfato de amônio é o sal mais utilizado devido ao 
seu baixo custo, sendo também empregado o nitrato de sódio. Adicionalmente, existe uma grande 
disponibilidade de fontes de nitrogênio orgânico de grande aplicação em Bioprocessos industriais, 
como a ureia. As principais fontes de nitrogênio complexas empregadas são: extrato de levedura 
(rico em vitaminas do complexo B e aminoácidos); licor da maceração do milho (subproduto da 
industrialização do milho, fonte bem balanceada em carbono, nitrogênio, enxofre e sais minerais, 
contendo ainda vitaminas, como riboflavina, niacina, ácido pantotênico, biotina e piridoxina); 
farinha de soja (resíduo da indústria de produção de óleo de soja, rico em nitrogênio).
A fonte de nitrogênio utilizada em bioprocessos é escolhida de acordo com o produto que se quer 
gerar, e em geral, deve haver muitos estudos e experimentos a ser realizados antes de se chegar a 
escolha adequada, que inclui rendimento e custo do processo como um todo. Por exemplo, no caso 
de produção de lipases eficientes para a hidrólise (quebra) de gorduras, as fontes de nitrogênio 
orgânicas são a peptona, a água de maceração do milho, farinha de soja, triptona, extrato de levedura 
e ureia, e as inorgânicas são os sais de amônio, nitratos e nitritos. Vários estudos foram feitos até 
agoramostrando que as fontes orgânicas aumentam o rendimento.
Otimização da fixação do nitrogênio em lavouras
A fixação biológica de nitrogênio é uma reação catalisada pela enzima nitrogenase que é encontrada 
em todas as bactérias fixadoras. Em termos de agricultura, a simbiose entre bactérias fixadoras de 
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UNIDADE I │ OTIMIZAÇÃO DA PRODUÇÃO AGRÍCOLA E ANIMAL
nitrogênio (denominadas rizóbios e bradirizóbios) e plantas leguminosas (família a qual pertence a 
soja, o feijão e a ervilha) é a mais importante. Após a formação de nódulos nas raízes dessas plantas, 
a bactéria passa a fixar o nitrogênio atmosférico em compostos orgânicos que são utilizados pela 
planta, diminuindo uso de adubos nitrogenados.
O cultivo de soja no Brasil foi aperfeiçoado pela adição de rizóbios às sementes de soja no momento 
da semeadura, e graças à essa otimização da fixação de nitrogênio não há necessidade de usar 
adubos nitrogenados nas lavouras. A seleção de tais bactérias adaptadas às condições ambientais foi 
resultado de várias pesquisas brasileiras que derivou em um produto, o inoculante, sendo utilizado 
pelos agricultores no momento atual.
Em grandes culturas é necessária a aplicação de fertilizante nitrogenados ao solo para suprir as 
condições adequadas de assimilação de nitrogênio no cultivo. Com o intuito de aperfeiçoar esse 
processo natural, a fim de obter mais lucros com a produção, houve o desenvolvimento de tecnologias 
baseadas em vários estudos científicos. 
Cientistas da Embrapa Agrobiologia (Seropédica/RJ) desenvolveram um inoculante a base de bactérias 
fixadoras de nitrogênio, que aplicado na cana-de-açúcar promove o crescimento da planta sem o uso 
de fertilizante nitrogenado. O inoculante é uma mistura de cinco espécies de bactérias isoladas da 
cana-de-açúcar (Gluconacetobacter diazotrophicus, Herbaspirillum seropedicae, Herbaspirillum 
rubrisubalbicans, Azospirillum amazonense e Burkholderia tropica). Elas foram crescidas em meio 
de cultura de forma individualizada, depois misturadas em turfa estéril e, posteriormente, misturadas 
em água quando feito o cultivo. O produto, além de reduzir os custos, promove um ganho ambiental, 
já que deixam de ser aplicados pelo menos 30 quilos de nitrogênio por hectare/ano na cana plantada.
Você seria capaz de dizer quais os benefícios que o nitrogênio traz ao desenvolvimento 
das plantas?
Leia mais a respeito da importância do nitrogênio em culturas. Seguem sugestões. 
<http://www.cienciadosolo.com.br/tecnologia/15/fixacao-biologica-de-
nitrogenio-no-milho-2%C2%AA-safra>.
<http://www.embrapa.br/imprensa/noticias/2007/agosto/2a-semana/trabalho-
mostra-importancia-do-nitrogenio-sobre-solos-e-nutricao-de-plantas-de-algodoei
ro/?searchterm=nitrogenio>.
Nos últimos anos intensificou-se a utilização de biofertilizantes na agricultura brasileira por meio 
do tratamento de sementes, aplicações via solo e pulverizações, com destaque para bactérias 
do gênero Azospirillum (fixadoras de nitrogênio). Quando associados ao sistema radicular de 
gramíneas como milho, trigo, arroz, sorgo e cana-de-açúcar, podem disponibilizar esse nitrogênio 
na forma de amônio, elevando o rendimento de grãos sem necessariamente aumentar o consumo 
de fertilizantes nitrogenados. Além disso, proporcionam às plantas maior desenvolvimento do 
sistema radicular (Figura 7), favorecendo aumento no volume de substrato explorado pelas raízes e, 
consequentemente, maior acesso à água e nutrientes presentes no solo. Além desses benefícios, há 
aumento na produção de hormônios como auxina, giberelinas e citocinina.
21
OTIMIZAÇÃO DA PRODUÇÃO AGRÍCOLA E ANIMAL │ UNIDADE I
Figura 7. Raiz de milho não inoculada (à esquerda) e inoculada (à direita) com Azozpirillum sp.
Fonte: <http://www.cienciadosolo.com.br/tecnologia/15/fixacao-biologica-de-nitrogenio-no-milho-2%C2%AA-safra>. Acesso em: 13 
de jan. de 2014.
22
CAPÍTULO 3
Controle biológico de pragas vegetais 
e animais
O controle biológico é um método utilizado para controle de pragas usando outros organismos. 
Um exemplo bem comum seria a introdução, em uma determinada área, de predadores naturais de 
insetos que causam danos econômicos às lavouras. 
A utilização de agrotóxicos em cultivares sempre foi alvo de muitas críticas. Críticas estas que vão 
desde a contaminação cumulativa no meio ambiente, passando pelo extermínio de espécies benéficas 
(como abelhas, por exemplo), chegando aos efeitos, em longo prazo, em seres humanos. Além disso, 
o uso indiscriminado de agrotóxicos seleciona pragas resistentes, o que leva a uma maior carga de 
aplicação de agrotóxicos, retroalimentando o círculo vicioso. Uma opção eficiente e que vem sendo 
cada vez mais utilizada é o controle biológico: a redução das populações de determinado inseto-
praga por meio da introdução, no ambiente, de seus inimigos naturais (insetos, pássaros, ácaros, 
vírus etc.).
O controle biológico de insetos pode ser definido como a ação de inimigos naturais sobre uma 
população de praga, a fim de mantê-la em uma densidade populacional que não cause danos 
econômicos ao cultivar. Essa estratégia pode e deve ser incluída em programas de controle de 
pragas de qualquer tipo de propriedade agrícola. Podem ser utilizados predadores, parasitoides 
ou patógenos, nativos ou exóticos, multiplicados no laboratório e liberados posteriormente nas 
propriedades para controlar as pragas-alvo das culturas.
Algumas das vantagens do uso do controle biológico sobre o químico são: redução de exposição 
dos produtores e técnicos aos pesticidas, baixo risco de poluição ambiental, ausência de resíduos 
nos alimentos, ausência de período de carência entre a liberação do inimigo natural e a colheita, e 
apreciação pelo público que demanda produtos livres de agrotóxicos.
O controle biológico de pragas parece ser perfeito. Ao fim deste capítulo, gostaria de 
saber sua opinião a respeito do assunto.
Historicamente, o controle biológico começou a ser utilizado em 1970 em cerca de 200 ha; passando 
para 15.000 ha em 2000, e em 2008, estava estimado em cerca de 25.000 ha. O número de agentes 
de controle biológico disponíveis no mercado mundial passou de dois, na década de 1970, para mais 
de 1.000, em 2009. A produção mundial desses agentes está concentrada na Europa, que responde 
por cerca de 75% da produção, devido, principalmente, à tradição da pesquisa europeia em controle 
biológico. Cerca de 80% de inimigos naturais utilizados em controle biológicos são empregados no 
controle de pragas em tomate, pepino e pimentão. 
No Brasil, o controle biológico é utilizado em menos de 10% dos campos cultivados e se faz uso 
principalmente de Bacillus thuringiensis, cujo produto comercial pode ser encontrado no mercado. 
23
OTIMIZAÇÃO DA PRODUÇÃO AGRÍCOLA E ANIMAL │ UNIDADE I
Essa bactéria foi isolada e caracterizada em 1911, na Alemanha, pelo pesquisador Berliner. Em 1938, 
na França, formulações contendo colônias desta bactéria foram vendidas como inseticidas e, em 1954, 
seu modo de ação foi descoberto. O Bacillus thuringiensis é uma bactéria de solo presente nos mais 
diversos continentes, é gram-positiva, aeróbica (necessita de oxigênio para sobreviver) e, quando 
as condições ambientais se tornam adversas, pode esporular para sobreviver a estas condições. Elas 
produzem proteínas que têm efeito inseticida. Destas proteínas, as mais conhecidas são chamadas 
de proteínas cristal (Cry), produzidas durante a fase de esporulação. Já foram identificadas diversas 
proteínas que atuam em diferentes ordens de insetos e descritas proteínas com potencial de controlar 
nematoides. São mais de 50 diferentes famílias descobertas e organizadas por um código numérico. 
Como exemplo, há a família Cry1, que atua sobre lepidópteros (borboletas), a Cry3, que atua sobre 
coleópteros (besouros), e a Cry4, que atua sobre dípteros (moscas e mosquitos), inclusive utilizada 
no controle biológico de mosquitos vetores de doenças como a dengue. As proteínas Cry do Bacillus 
thuringiensis são eficientese seguras para uso porque seu modo de ação é altamente específico – 
cada proteína atua de maneira singular em uma determinada ordem de insetos. Da forma como 
são produzidas pelas bactérias, estas proteínas são inócuas porque a parte inseticida está fechada 
por duas cadeias proteicas. Para liberar o núcleo inseticida, é necessário que a proteína, em forma 
de cristal, seja primeiramente ingerida para depois, em ambiente alcalino, ser quebrada em pontos 
específicos que liberam este núcleo ativo. No sistema digestivo de humanos e animais superiores, 
o ambiente é ácido e a proteína é completamente degradada em minutos. Desta forma, a proteína 
não apresenta nenhum efeito em animais superiores ou humanos. Após o núcleo ativo ser liberado, 
este deve se ligar a receptores específicos na parede do intestino do inseto-alvo. É, por isso, que 
diferentes proteínas têm diferentes especificidades devido à variação destes receptores por meio 
das diferentes espécies, ordens e classes de insetos. Uma vez ligada, a proteína, na forma de cristal, 
inicialmente inibe a absorção de alimentos e depois provoca poros nas membranas do intestino, 
destruindo-o por completo e provocando a morte do inseto. 
A baixa adesão ao controle biológico de pragas pode ser, em parte, atribuído à falta de disponibilidade 
de agentes de controle biológico no mercado. Isto é, por si só, uma grande contradição, uma vez que o 
Brasil possui, reconhecidamente, uma variedade gigantesca de micro-organismos, muitos deles pouco 
estudados, e que tem um enorme potencial para aplicação biotecnológica. Além disso, 90% da área 
produtiva não utiliza este tipo de controle, o que representa uma grande demanda reprimida. No 
momento, podemos encontrar poucas empresas constituídas com o fim de produção de agentes de 
controle biológico. Alguns exemplos são a Biocontrole (www.biocontrole.com.br), a Itaforte (www.
itafortebioprodutos.com.br), a Megabio (www.megabio.com.br), a Bug Agentes Biológicos (www.
bugbrasil.com.br), a Biocontrol (www.biocontrol.com.br) e a Promip (www.promip.agr.br). Essas 
empresas, completamente nacionais, podem, sob encomenda, produzir inimigos naturais entomófagos 
(que comem pragas) e entomógenos (que causam doenças nas pragas) para os agricultores.
O primeiro passo para a introdução do controle biológico de pragas é um estudo para avaliação de 
quais pragas infestam a área de cultivo. Para isso, predadores, parasitoides ou patógenos, nativos 
ou exóticos, são anteriormente multiplicados no laboratório. A liberação desses inimigos naturais 
criados em massa pode ser realizada de duas formas:
 » inundativa: os agentes de controle são soltos em grande número visando ao controle 
imediato;
24
UNIDADE I │ OTIMIZAÇÃO DA PRODUÇÃO AGRÍCOLA E ANIMAL
 » inoculativa: também em grande número, mas objetivando, além do efeito imediato, 
a formação de uma população que seja capaz de controlar as gerações das pragas 
durante todo o período da cultura.
Os agentes de controle precisam também encontrar condições mínimas para sua proliferação. 
A adição de pólen nas plantas logo que os agentes sejam liberados é uma das formas de facilitar 
o estabelecimento destes agentes. Resultados positivos foram obtidos quando o pólen foi 
adicionado a plantas de pepino em casa de vegetação, propiciando o aumento populacional do 
ácaro predador Amblyseius degenerans, afetando negativamente a população do F. occidentalis 
e o incremento na população de ácaros predadores que controlaram com eficiência a mosca 
branca Bemisia tabaci.
A introdução de mais de uma espécie de inimigo natural para controlar pragas é largamente 
utilizada em cultivos protegidos nos quais o controle biológico é aplicado. Há de se alertar, no 
entanto, para o fato de existir a formação de teias alimentares artificiais quando mais de uma 
espécie de inimigo natural é usada para controlar várias pragas no mesmo sistema. Além disso, 
as interações tritróficas (relações entre plantas, pragas e seus inimigos naturais) transformam-se 
em outras mais complicadas. A ocorrência de interações complexas e de onívora (capacidade de 
um organismo comer tudo ou quase tudo) nessas teias alimentares pode modificar a direção e a 
intensidade dos efeitos diretos dos inimigos naturais sobre as pragas. O efeito das introduções 
múltiplas no controle das populações das pragas depende da interação entre os inimigos naturais, 
as pragas e as plantas. Deve-se, portanto, levar em conta toda a teia alimentar do sistema na 
avaliação da compatibilidade de inimigos naturais, considerando não somente as interações de 
predação e competição, mas também as interações funcionais, como indução de resistência e 
comportamento antipredador.
Efeitos aditivos de liberações múltiplas de inimigos naturais podem ser alcançados quando as 
espécies introduzidas exploram diferentes subpopulações ou mesmo diferentes comportamentos 
das pragas. Por exemplo, a liberação simultânea do crisopídeo Chrysoperla plorabunda e da 
joaninha Coccinella septempunctata teve um efeito aditivo negativo na população do pulgão Aphis 
fabae em feijão fava, pois esses predadores preferem explorar áreas diferentes das atacadas pelo 
pulgão nessa planta. Um efeito sinérgico da utilização múltipla de inimigos naturais pode ser obtido 
quando a presença ou o comportamento de um deles altera o comportamento da praga, tornando-a 
mais vulnerável ao outro inimigo natural. 
Efeitos indesejáveis no controle de pragas podem resultar da interferência de um inimigo natural no 
comportamento de outro, da predação entre os predadores ou da modificação do comportamento 
de uma das pragas devido à presença de um dos inimigos naturais, tornando-a menos vulnerável ao 
ataque deles. 
Na Figura 8, é apresentada parte de uma teia artificial em plantas de pepino em casas de vegetação na 
Holanda, onde o controle biológico é aplicado. A teia alimentar é formada por planta, duas espécies 
de pragas, Frankliniella occidentalis e o ácaro-rajado Tetranychus urticae, e os inimigos naturais 
utilizados para controle. Os inimigos naturais do F. occidentalis são o ácaro predador Neoseiulus 
cucumeris e o predador generalista Orius laevigatus. Os Phytoseiulus persimilis e o N. californicus 
são usados para controlar o ácaro-rajado.
25
OTIMIZAÇÃO DA PRODUÇÃO AGRÍCOLA E ANIMAL │ UNIDADE I
Figura 8. Teias alimentares formadas durante o controle biológico aplicado em cultivares de pepinos na Holanda.
Fonte: <https://www2.cead.ufv.br>.
Texto interessante que trata do surgimento de organismos em áreas onde eles 
não existiam e suas consequências: <http://ambientes.ambientebrasil.com.
br/biotecnologia/artigos_de_biotecnologia/bioglobalizacao_de_pragas%3A_
especies_invasoras.html>.
26
CAPÍTULO 4
Melhoramento de espécies vegetais de 
interesse econômico
A biotecnologia tem um papel fundamental no processo de melhoramento de espécies. Com o 
desenvolvimento de várias áreas da Biologia (como evolução, genética, biologia molecular, cultura de 
tecidos), novas ferramentas e soluções têm auxiliado o homem a selecionar e promover o melhoramento 
genético de diferentes espécies de vegetais e animais visando a uma maior produtividade.
Duas são as ferramentas disponíveis para se promover o melhoramento genético de qualquer 
espécie: seleção artificial e cruzamento. Seleção é o processo decisório que indica quais indivíduos 
de uma geração serão os progenitores da próxima. Em outras palavras, pode-se entender seleção 
artificial como sendo a decisão de permitir que os melhores indivíduos de uma geração sejam pais 
da geração subsequente.
Entretanto, os métodos clássicos de melhoramento genético são lentos e a introdução de um gene 
ou um conjunto de genes, pelos métodos convencionais, exige repetidos cruzamentos e ciclos de 
seleção, o que torna esse processo restrito às espécies com reprodução sexuada. 
Nos últimos 50 anos, com a biotecnologia moderna, diferentes metodologias foram desenvolvidas 
visando à compreensão de como realizar o isolamento, a identificaçãoe a transferência de um gene 
de uma espécie para outra sem a necessidade de reprodução sexuada. As técnicas de Engenharia 
Genética vêm adicionando novas dimensões ao melhoramento genético de plantas e animais. Com 
um planejamento bem realizado, o melhoramento genético torna-se uma ferramenta poderosa 
para a otimização da produção. Pode garantir à agropecuária os níveis de produtividade altamente 
competitivos e amplificar os níveis de faturamento do setor, bem como contribuir para a qualidade 
nutricional da população, a saúde humana, a saúde do ambiente e dos diferentes seres vivos 
integrantes da biosfera.
Hoje, existem no país diversos programas de melhoramento, e cada qual utiliza uma diversidade 
de características de acordo com seus objetivos. O avanço na capacidade metodológica vem sendo 
acompanhado por adequações nos critérios de seleção que são ajustadas às diferentes necessidades 
regionais, do sistema de produção e/ou de qualquer outro seguimento da cadeia produtiva.
Amplie seus conhecimentos. Veja uma visão mais detalhada da importância e da 
representatividade da genética do melhoramento encontrada em:
<http://www.milkpoint.com.br/artigos-tecnicos/melhoramento-genetico/>.
<http://www.sobiologia.com.br/conteudos/Biotecnologia/transgenicos.php>.
<http://www.agronline.com.br/agronoticias/noticia.php?id=1241>.
<http://www.cnpgc.embrapa.br/publicacoes/doc/doc75/>.
<http://www.youtube.com/watch?v=ozFudAJwKqk>.
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OTIMIZAÇÃO DA PRODUÇÃO AGRÍCOLA E ANIMAL │ UNIDADE I
<http://www.youtube.com/watch?v=-TIvrXUnu68&feature=related>.
<http://www.youtube.com/watch?v=BaZI32Eab-Y&feature=related>.
As plantas têm uma grande importância para a humanidade. Utilizamos as plantas diretamente na 
nossa alimentação e indiretamente para alimentação de animais que fornecerão alimento. Além 
disso, as plantas também são utilizadas como vestimenta (algodão, linho), energia (na forma de 
madeira, etanol ou biodiesel), habitação (madeira), ornamentação e medicamento. Vale lembrar 
que grande parte dos princípios ativos utilizados nos medicamentos foi isolada de vegetais. Um 
bom exemplo é a aspirina (acido acetilsalicílico) que foi isolada do salgueiro branco em 1897 pelo 
químico alemão Felix Hoffmann. Diante disso, podemos afirmar que o homem depende das plantas 
para sua sobrevivência.
O melhoramento de plantas nasceu com o início da agricultura. Na verdade, é difícil precisar se foi 
a agricultura que incentivou a prática do melhoramento de plantas pelos primeiros agricultores ou 
vice-versa. Provavelmente, ambos evoluíram paralelamente na direção de aumentos na qualidade e 
na produtividade das culturas domesticadas pelo homem.
Assim, dos primórdios da agricultura até hoje, o melhoramento passou por muitas modificações 
no exercício da sua prática, mas poucas mudanças foram observadas, nos últimos 50 anos, em seus 
princípios fundamentais de geração de variabilidade.
Durante o século XX, houve grandes avanços na prática do melhoramento, como a automatização 
de plantio; a colheita de experimentos com maquinaria especializada; a informatização da maioria 
dos programas de melhoramento no mundo e a rapidez no processamento e divulgação de dados. 
Também os conhecimentos de genética, estatística, bioquímica e fisiologia, associados às práticas 
da genética quantitativa, da mutagênese, da cultura de células e tecidos e, mais recentemente, da 
biologia molecular, representam auxílios para o melhoramento de plantas. 
A revolução agrícola
A atividade agrícola, conforme documentada pela história e por registros arqueológicos, tem sido 
inseparável da evolução e da atividade da sociedade humana. Acredita-se que o homem tenha 
surgido há pelo menos dois milhões de anos. Pouco é conhecido, contudo, a respeito da dieta dos 
primeiros ancestrais. É aceito que os nossos antepassados mais recentes eram caçadores e também 
coletavam frutas, nozes, raízes e grãos como fonte de alimentos. Assim, a atividade agrícola não se 
tornou usual, para produção de alimentos, até cerca de 10.000 anos. 
A agricultura originou-se da domesticação de plantas e animais e começou em vários locais, 
simultaneamente, promovendo mudança notável na maneira como o homem obtinha seu alimento. 
O extrativismo passou gradativamente a dar lugar a agricultura, transição hoje conhecida como 
Revolução Agrícola. O homem domesticou, na sua existência, de milhares de espécies vegetais, 
somente cerca de cem a duzentas. Destas, menos de 15 atualmente suprem a maior parte da dieta 
humana. Essas 15 espécies podem ser agrupadas nas seguintes classes: (a) Cereais: arroz, trigo, 
milho, sorgo e cevada; (b) Raízes e caules: beterraba, cana-de-açúcar, batata, mandioca e inhame; 
(c) Legumes: feijão, soja e amendoim; e (d) Frutas: citros e banana.
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UNIDADE I │ OTIMIZAÇÃO DA PRODUÇÃO AGRÍCOLA E ANIMAL
Como sugerido anteriormente, o homem passou de caçador-pescador-extrativista para criador de 
animais e agricultor, o que caracterizou a Revolução Agrícola. A emergência da agricultura, que é 
a fundação sobre a qual as civilizações atuais se apoiam, teve várias consequências importantes. 
Primeiramente, ela resultou em aumento da população mundial, provavelmente pela facilidade do 
homem obter seu próprio alimento, mudando a relação homem-terra. Estimativas sugerem que na 
pré-história seriam necessários 250 ha de terra para alimentar um homem por ano. Atualmente, 
essa relação é de 1 ha por pessoa e por ano. A agricultura, também, modificou a estratificação social, 
formando a classe dos proprietários de terra. Finalmente, aumentou o impacto do homem sobre a 
natureza, pela substituição dos ecossistemas naturais pela produção agrícola.
Como podemos aumentar a produção 
de alimentos?
Existem duas maneiras de aumentar a produção de alimentos: aumento da área cultivada pela 
incorporação de novas áreas ou aumento da produtividade. 
O aumento da área plantada pode ser obtido pela incorporação de áreas ainda não utilizadas para a 
agricultura. Um bom exemplo é a exploração do Cerrado brasileiro, ocorrida nos últimos 30 anos. 
Atualmente, o Cerrado é a região com maior produção de grãos do Brasil, tendo como destaque a 
produção de soja no estado de Mato Grosso. Entretanto, em muitos países, a área para a produção 
agrícola já está sendo totalmente explorada. Em países como o Brasil, onde ainda é possível expandir 
a área agrícola, a exploração de novas áreas leva a uma grande destruição da biodiversidade natural.
Um fato preocupante é a taxa de crescimento da população mundial ter sido maior do que a taxa 
de crescimento da área para a produção agrícola. A área cultivada por pessoa diminuiu de 0,38 
hectares em 1970 para 0,23 hectares em 2000, com projeção de declínio para 0,15 hectares em 
2050. Por isso, aumentar a produtividade é imperativo.
Uma forma de aumentar a produtividade é por meio da melhoria do ambiente de 
produção. Você poderia citar alguns dos fatores capazes de gerar melhorias do 
ambiente? Você poderia citar alguma desvantagem da melhoria do ambiente?
A melhoria do ambiente de produção pode ser conseguida com: adubação adequada, bom preparo 
do solo, controle eficiente de ervas daninhas, pragas e doenças, irrigação, entre outros manejos. Em 
geral, a melhoria do meio ambiente significa aumento no custo de produção e, em muitos casos, 
pode causar poluição ambiental.
Você consegue pensar em alguma forma mais econômica e sustentável de aumentar 
a produtividade?
A maneira mais econômica e sustentável de se aumentar a produtividade é por meio da obtenção 
de cultivares com maior potencial de produção/produtividade. É neste ponto que o melhoramento 
de plantas atua.
29
OTIMIZAÇÃO DA PRODUÇÃO AGRÍCOLA E ANIMAL │ UNIDADE I
O que é o melhoramento de plantas?
Segundo Poehlman, um famoso melhorista americano, o melhoramento de plantas “é a arte e a 
ciência de melhorar geneticamente plantas para o beneficio da humanidade”. A arte do melhoramento 
depende da habilidade do melhorista de observar diferenças nas plantasque podem ter importância 
econômica. Essa habilidade de observação foi muito importante para os primeiros melhoristas 
conseguirem selecionar variedades que são, em muitos casos, utilizadas até hoje.
O melhoramento de plantas
A composição genética atual das diversas culturas é o resultado da domesticação e do melhoramento 
que elas foram submetidas durante os séculos. No entanto, pergunta-se quando o melhoramento de 
plantas teve seu início? O milho e outras culturas mostram detalhes que atestam que ele começou 
na mais remota antiguidade e, indubitavelmente, não era um trabalho cientificamente dirigido. 
O melhoramento executado pelo homem primitivo resultava da simples procura de tipos mais 
adequados para satisfazer a suas necessidades. O milho constitui um caso típico. Originário do Novo 
Mundo, onde foi domesticado pelos índios, há milhares de anos, espalhou-se pelas Américas, a partir 
do México (seu provável centro de origem), e, quando aqui aportaram, os europeus encontraram 
centenas e centenas de variedades conservadas pelas várias tribos indígenas. O germoplasma 
legado pelos índios e por outros povos da antiguidade começou a passar pelo processo dirigido 
de melhoramento, principalmente a partir do século XIX. Porém, desprovidos dos conhecimentos 
científicos necessários para um trabalho consciente, os melhoristas dessa época eram apenas pessoas 
práticas que tinham habilidade de selecionar, entre muitas outras, as plantas que apresentavam 
diferenças e que podiam ser de interesse econômico. Nessa época, o melhoramento de plantas era 
apenas uma arte.
Após a redescoberta das leis de Mendel, e com o avanço de outros ramos científicos, o melhoramento 
de plantas passou a possibilitar aos melhoristas a criação de novos tipos de plantas, pela modificação 
dirigida dos caracteres hereditários.
Para alcançar a criação de novos tipos de plantas, pela modificação dirigida dos 
caracteres hereditários, os melhoristas têm contado com o auxílio de algumas 
ferramentas valiosas. Você poderia citar dois fatores da evolução utilizados?
Dois dos principais fatores da evolução, a recombinação e a seleção, têm sido intensivamente 
utilizados pelos melhoristas, com o emprego de métodos refinados desenvolvidos na primeira 
metade deste século.
As mutações, o terceiro grande fator da evolução, são instrumentos adicionais, capazes de auxiliar os 
métodos convencionais de melhoramento, mais que substituí-los, para o aumento da variabilidade 
genética das espécies. A esterilidade masculina também tem sido empregada, pois facilita e barateia 
o trabalho de cruzamentos para a criação de híbridos de culturas alogamas e, no caso de autogamas, 
abre perspectivas para o uso prático da heterose, por intermédio de variedades híbridas. O uso dos 
sistemas de incompatibilidade nas plantas, para a criação de variedades híbridas, e os cruzamentos 
30
UNIDADE I │ OTIMIZAÇÃO DA PRODUÇÃO AGRÍCOLA E ANIMAL
interespecíficos, para a aquisição de novos genes, também têm sido efetivos em algumas espécies. 
Já nos últimos anos, surgiu nova e altamente promissora ferramenta, a biologia molecular.
Leia sobre endogamia e heterose em: 
<http://www.bespa.agrarias.ufpr.br/paginas/livro/capitulo%2014.pdf> e
<http://www.biotecnologia.com.br/revista/bio07/melhora.pdf>.
Site de pesquisa com os termos alogamia e autogamia: 
<http://pt.wikipedia.org/wiki/Alogamia>.
Leitura do livro: 
BORÉM, Aluízio; MIRANDA, Glauco V. Melhoramento de Plantas. 6 ed. Rio de 
Janeiro: Editora UFV, 2013. 
O melhorista busca alterar características que irão beneficiar tanto o agricultor 
(produtividade, resistência a doenças e pragas), quanto a indústria de transformação 
e o consumidor final (qualidade do produto). Dessa forma, os programas de 
melhoramento de plantas, independentemente da cultura que se está trabalhando, 
possuem alguns objetivos em comum. Você poderia citar 5 deles?
Aumento de produtividade
Este é o principal objetivo na maioria dos programas de melhoramento. Geralmente, uma nova 
cultura só é apresentada ao mercado quando tem maior produtividade do que as cultivares que já 
estão sendo plantadas pelo agricultor.
Incorporação de novas áreas
A adaptação das plantas para novos ambientes de produção é um importante objetivo para muitas 
culturas. Um bom exemplo de sucesso é o caso da soja. A criação de cultivares de soja com período 
juvenil longo por pesquisadores da Embrapa foi essencial para a expansão desta cultura para locais 
de menores latitudes, como o Cerrado.
Aumento da qualidade
O melhorista busca, além da produtividade, aumentar a qualidade das culturas. No caso do feijoeiro, 
os programas de melhoramento têm procurado genótipos com teores de proteínas maiores. Para o 
algodoeiro, um dos principais objetivos do melhoramento é aumentar a resistência das fibras.
Resistência a doenças e pragas
As doenças e as pragas provocam muitos prejuízos para os agricultores e a obtenção de cultivares 
resistentes/tolerantes tem sido buscada nos programas de melhoramento. No caso da cana-de-
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OTIMIZAÇÃO DA PRODUÇÃO AGRÍCOLA E ANIMAL │ UNIDADE I
açúcar, o controle de doenças é feito, basicamente, por meio de variedades resistentes. No caso 
da soja, a obtenção de cultivares com tolerância/resistência à ferrugem asiática tem sido um dos 
principais objetivos do melhoramento desta espécie.
Obtenção de variedades para 
colheita mecanizada
Para várias espécies, os programas de melhoramento têm tentado selecionar cultivares mais 
adaptadas à colheita mecânica, visando, principalmente, à redução dos custos de produção. Entre 
essas espécies, podemos citar a cana-de-açúcar e o algodão.
No caso da cana-de-açúcar, houve uma rápida mudança da colheita manual para a colheita 
mecanizada, principalmente devido a pressões ambientais. Por isso, os programas de melhoramento 
de cana-de-açúcar têm priorizado a obtenção de variedades adequadas para a colheita mecanizada. 
Essas variedades precisam ser eretas e com boa brotação sob palhada.
Necessidades futuras/desafios do 
melhoramento de plantas
O melhoramento de plantas é, em geral, uma atividade que pode levar muitos anos. A produção de 
novos cultivares em espécies anuais leva, em média, 12 anos, enquanto para cultivares perenes esse 
tempo pode ser superior a 30 anos. Por isso, o melhorista deve tentar prever necessidades futuras.
Um desses desafios é a procura por fontes de energia renováveis. Por isso, vários programas de 
melhoramento têm trabalhado com espécies que possam ser utilizadas para produção de combustíveis 
alternativos como é o caso do etanol (cana-de-açúcar) ou o biodiesel (mamona, girassol e canola).
A proteção do meio ambiente também está entre os principais desafios para os melhoristas. Por 
isso, existe uma demanda crescente por cultivares que tenham necessidade de menores doses de 
insumos (adubos e pesticidas). Nesse contexto, a agricultura orgânica tem crescido rapidamente e 
com ela a necessidade de cultivares com maior resistência/tolerância a pragas e doenças.
O aumento da urbanização tem provocado um grande problema para a agricultura: menos mão 
de obra disponível para colheita. Por isso, há necessidade de desenvolvimento de cultivares que 
possam ser colhidos mecanicamente. Essa busca é mais intensa em culturas como feijão, cana-de-
açúcar e algodão.
O aumento do foco dos consumidores em qualidade e saúde tem aberto uma nova oportunidade 
para os melhoristas, o melhoramento visando a aumentar a concentração de fotoquímicos em 
alimentos funcionais.
Alimentos funcionais
O termo alimento funcional relaciona-se com a função do alimento de proporcionar um beneficio 
fisiológico adicional além daquele de satisfazer as necessidades nutricionais básicas. Por exemplo, a 
32
UNIDADE I │ OTIMIZAÇÃO DA PRODUÇÃO AGRÍCOLA E ANIMAL
soja apresenta isoflavonas, fitoestrógenos, que promovem a redução de risco de osteoporose e câncer 
de mama e de útero. O tomate possui o licopeno, um carotenoide, que previne o câncer de próstata.
Vários programasde melhoramento têm desenvolvido cultivares de alimentos funcionais com 
maiores teores de fitoquímicos, buscando agregar maior valor a esses alimentos. Um exemplo do 
melhoramento visando a propriedades funcionais é o tomate híbrido do tipo italiano “San Vito”, 
desenvolvido por pesquisadores da Embrapa Hortaliças (CNPH). Os tomates convencionais têm 
cerca de 45 mg/g de licopeno, enquanto no “San Vito” essa concentração chega a 60 mg/g.
Biofortificação
A biofortificação visa a aumentar o valor nutricional dos alimentos por meio do uso do melhoramento 
convencional ou da biotecnologia. Os principais alvos da biofortificação têm sido o aumento do teor 
de micronutrientes (ferro e zinco) e teor de vitaminas (vitamina A) em culturas como arroz, feijão, 
milho, mandioca, batata-doce e trigo. Com o aumento nutricional desses alimentos, espera-se uma 
diminuição da deficiência desses nutrientes em populações pobres. A deficiência de ferro está ligada 
à anemia, a deficiência de zinco leva a uma baixa imunidade e a deficiência de vitamina A pode levar 
a cegueira. 
No Brasil, a Embrapa tem atuado na biofortificação de várias culturas como o aumento de vitamina 
A em mandioca.
Leia mais sobre o assunto nos sites:
<http://www.cpatsa.embrapa.br/catalogo/livrorg/marcadormolecular.pdf>.
Assista aos vídeos sobre melhoramento de plantas:
<http://www.youtube.com/watch?v=AZtXNs3hg4Y>.
<http://www.youtube.com/watch?v=9iIgyp9DV6I&feature=related>.
<http://www.youtube.com/watch?v=jknHfh0cOI4&feature=related>.
Micro-organismos geneticamente modificados 
e algumas implicações para a saúde ambiental
Uma das tecnologias mais modernas e interessantes no uso de melhoramento genético de plantas é a 
manipulação genética. Essa técnica é usada para aumentar a variabilidade genética ou introduzir genes 
por transformação genética. Isso vem sendo feito inserindo genes de tolerância e/ou resistência em 
uma espécie ou variedade com alto valor econômico, aumentando assim o rendimento na produção.
Uma grande tendência é o uso de organismos geneticamente modificados (OGM) no controle de 
pragas. O uso desta tecnologia, contudo, poderá provocar efeitos na conservação e na utilização 
da biodiversidade. Micro-organismos geneticamente modificados (MGM) apresentam potencial 
econômico considerável na medida em que podem reduzir o uso de agrotóxicos e aumentar a 
33
OTIMIZAÇÃO DA PRODUÇÃO AGRÍCOLA E ANIMAL │ UNIDADE I
produção agrícola, tornando o micro-organismo, por exemplo, capaz de melhor colonizar a rizosfera, 
melhorar a estrutura do solo, biorremediar solos contaminados, ou outra função de interesse. 
Assim, um MGM deve ser capaz de competir e se estabelecer no ambiente e também de expressar a 
característica introduzida com eficiência.
Você pode encontrar um interessante texto a respeito de como micro-organismos 
geneticamente modificados podem auxiliar nos problemas encontrados pelo uso 
de agrotóxicos na produção agrícola, no site: 
<http://ambientes.ambientebrasi l .com.br/biotecnologia/ar t igos_de_
biotecnologia/microrganismos_geneticamente_modificados_e_algumas_
implicacoes_para_a_saude_ambiental.html>.
Inserindo transgenes em plantas
Em plantas, todas as células apresentam a capacidade de desenvolver uma planta inteira. Isto torna 
a inserção de transgenes mais simples que em animais. Os transgenes podem ser introduzidos 
em uma célula por biolítica, na qual o DNA, adsorvido a partículas de ouro ou tungstênio, é 
introduzido na célula por aceleração da partícula via pressão, similarmente a um projétil de uma 
arma. Alternativamente, uma bactéria chamada Agrobacterium pode ser utilizada para carrear o 
transgene e transferi-lo para uma planta. Técnicas de cultura de tecido podem ser utilizadas para 
propagar a célula modificada, que pode, então, se transformar em uma planta transgênica, ou seja, 
aquela que contém um transgene. Uma vez desenvolvida, a planta poderá produzir sementes e ser 
propagada (Figura 14).
Figura 14. Ilustração esquemática de como inserir um transgene em uma planta para torná-la resistente a um herbicida.
Fonte: <http://www.clinicaq.com.br/site/index.php?option=com_content&task=view&id=65&Itemid=29>.
34
UNIDADE I │ OTIMIZAÇÃO DA PRODUÇÃO AGRÍCOLA E ANIMAL
Como poderemos utilizar a tecnologia 
dos transgênicos?
A tecnologia dos transgênicos pode ser utilizada para se obter plantas mais resistentes a pragas 
e a doenças, para aumentar a tolerância aos herbicidas e aos metais pesados, e também pode ser 
aplicada na produção farmacêutica. Enfim, pode ser aplicada ao melhoramento de plantas de 
interesse comercial e de saúde humana (Figura 15).
Figura 15. Sumário com informações sobre transgenia.
Fonte: Monsanto e Greenpeace. Figura adaptada do site: <http://noticias.terra.com.br/ciencia/noticias/>. Acesso em: 2 de nov. de 2013. 
35
OTIMIZAÇÃO DA PRODUÇÃO AGRÍCOLA E ANIMAL │ UNIDADE I
De fato, a tecnologia dos transgênicos já vem sendo utilizada no melhoramento de plantas como o 
arroz, o algodão, a soja, o tomate, a batata, o repolho e a alface. Novas variedades de plantas têm sido 
produzidas utilizando genes bacterianos e virais que conferem resistência a insetos e outras pestes ou 
permitem às plantas tolerar herbicidas específicos, tornando o herbicida mais seletivo em sua ação e 
permitindo aos agricultores utilizarem herbicidas menos agressivos e em menores quantidades.
O mau uso de pesticidas pode causar riscos ambientais, tais como o aparecimento de plantas 
resistentes a herbicidas e a poluição dos terrenos e lençóis de água. O uso de herbicidas, inseticidas 
e outros agrotóxicos pode diminuir com o uso dos transgênicos, já que eles tornam possível o uso 
de produtos químicos corretos para o problema. Uma lavoura convencional de soja pode utilizar até 
cinco aplicações de herbicida, enquanto que uma lavoura transgênica Roundup Ready (resistência 
ao herbicida glifosato) utiliza apenas uma aplicação.
Uma nova variedade de algodão, por exemplo, foi desenvolvida e contém um gene da bactéria 
Bacillus thuringiensis para produzir uma proteína que é toxica para certos insetos, mas não para 
humanos. A proteína codificada por este gene foi utilizada como pesticida spray por muitos anos. 
Estas plantas transgênicas permitem que menos pesticidas sejam utilizados nas culturas.
Eventualmente, será possível desenvolver plantas contendo amido e óleos modificados com interesse 
industrial. Da mesma forma, poderão ser produzidos plantas e produtores de anticorpos para 
diagnóstico na medicina e na agricultura. Com relação à indústria da floricultura, desde 1996 são 
produzidas flores com diferentes cores e estudos objetivando uma rosa azul estão sendo realizados.
A Embrapa, há mais de 20 anos, pesquisa uma solução para tornar a cotonicultura livre do bicudo, 
um pequeno inseto que, praticamente, dizimou a lavoura algodoeira na região Nordeste, desde sua 
introdução no Brasil, em 1983. A empresa realiza vários estudos a fim de produzir uma variedade 
transgênica de algodão resistente a tal praga. A pesquisa é baseada na identificação e isolamento 
de um gene que codifica para uma enzima com potencial inseticida. Tal enzima é tóxica para o 
inseto porque ataca o colesterol de suas membranas intestinais, interferindo no crescimento e 
levando-o à morte. Por outro lado, a enzima, coletada de uma bactéria de plantas, mostrou-se 
atóxica contra mamíferos.
Essa pesquisa traz uma perspectiva animadora para o controle desse inseto, que no momento é 
feito com aplicações massivas de inseticidas químicos, onerando o sistema de produção e poluindo 
o meio ambiente.
Leia mais a respeito do que vem sendo desenvolvido sobre melhoramento genético 
de plantas no Brasil:
<http://ambientes.ambientebrasi l .com.br/biotecnologia/ar t igos_de_
biotecnologia/embrapa_faz_enzima_inseticida_para_algodao_transgenico.html>.
Vantagens sobre as tecnologias tradicionais
As características desejáveis podem ser obtidas mais rapidamente se utilizarmos os procedimentos 
de melhoramento tradicionaisou clássicos, por meio de cruzamentos. Além disso, as características 
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UNIDADE I │ OTIMIZAÇÃO DA PRODUÇÃO AGRÍCOLA E ANIMAL
desejáveis podem ser obtidas de maneira especifica, diminuindo o número de características não 
desejáveis. Por outro lado, características que nunca poderiam ser obtidas em plantas, utilizando 
melhoramento tradicional, podem ser obtidas empregando transgênicos.
Comparando, ainda, com os métodos tradicionais, há também a vantagem de se proporcionar economia 
de custos relacionados aos tratamentos químicos para plantas. Finalmente, plantas transgênicas 
podem proporcionar um uso mais racional de pesticidas e herbicidas, diminuindo o impacto na vida 
humana e no meio ambiente.
Qual é o perigo da tecnologia dos transgênicos?
O debate é bastante intenso e relacionado à inserção de alimentos geneticamente modificados 
(AGM) no mercado e às questões ecológicas.
No dia 2 de março de 2010, a União Europeia aprovou o plantio de batata e milho transgênicos no 
continente, após solicitações dos Estados Unidos.
Entre os eventos em constante discussão, estão:
 » Polinização cruzada: ao propagar genes exóticos, não se sabe sobre os possíveis 
impactos no desenvolvimento e na dinâmica das populações naturais. 
 » Impacto na saúde humana/animal: informações contraditórias têm sido lançadas 
de diversos setores quanto aos potenciais danos que os organismos transgênicos 
possam provocar nos seus consumidores. Efeitos tóxicos ou alergênicos dos 
alimentos transgênicos continuam sendo objetos de investigação. 
 » Fatores socioeconômicos: questiona-se a alegação de que a biotecnologia poderia 
provocar uma redução no problema da fome no mundo. 
 » Utilização de compostos químicos: redução do uso de compostos como herbicidas, 
pesticidas, fungicidas e certos adubos, cuja acumulação pode causar sérios danos 
aos ecossistemas a eles expostos.
Todos os países que detêm a tecnologia, ou que apenas utilizam os produtos, possuem órgãos que 
controlam tanto a produção quanto a utilização dos transgênicos, o que é essencial para a segurança. 
No Brasil, esse controle é exercido pela Comissão Nacional de Biossegurança.
O benefício da utilização destas plantas poderia compensar os possíveis potenciais 
malefícios por elas causados? Será que as empresas têm a preocupação de reduzir 
a fome no mundo?
37
UNIDADE II
CONTROLE E 
TRATAMENTO DE 
RESÍDUOS
CAPÍTULO 1
Biorremediação: bioprocessos visando 
à proteção ambiental
A Revolução Industrial, iniciada no Reino Unido no século XVIII, e que se expandiu mundialmente 
no século XIX, trouxe uma série de benefícios à população, mas, entre as desvantagens, encontramos 
um enorme aumento da poluição e da produção de resíduos. Muitos dos problemas ambientais atuais 
são resultados de mais de 200 anos de má-gestão do lixo industrial, sendo os locais contaminados 
resultado da má-gestão e da eliminação inadequadas de materiais perigosos.
A biorremediação é o processo de tratamento que faz uso da ocorrência natural de micro-organismos 
para degradar substâncias tóxicas, transformando-as em substâncias menos ou não tóxicas. Na 
verdade, ocorre apenas a estimulação de situações naturais de biodegradação para a limpeza de 
derramamentos de óleos e tratamento de ambientes terrestres e aquáticos contaminados com 
compostos xenobióticos (Figura 9).
Figura 9. Exemplos de casos nos quais a biorremediação poderia ser utilizada.
Fonte: <http://www.brasilescola.com/biologia/biorremediacao.htm> (com adaptação).
O principal benefício da biorremediação é a menor perturbação do meio ambiente, quando 
comparada aos métodos tradicionais de limpeza, que geralmente utilizam outros produtos químicos, 
aumentando o problema de descarte. As duas maiores armas da biorremediação são a estimulação 
do crescimento microbiano no local contaminado e a adição de micro-organismos degradadores de 
hidrocarbonetos adaptados ou de biosurfactantes (Figura 10).
38
UNIDADE II │ CONTROLE E TRATAMENTO DE RESÍDUOS
Figura 10. Mecanismo de ação geral de um micro-organismo utilizado em biorremediação.
Fonte: <http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S0100-46702010000300002&script=sci_arttext> (com adaptação). 
Como já visto, algumas bactérias utilizam carbono orgânico como fonte de alimentação. Bactérias 
utilizadas em biorremediação convertem os contaminantes em CO2 e H2O. Em última instância, a 
biorremediação é uma estratégia ou um processo que emprega micro-organismos ou suas enzimas 
para detoxificar contaminantes no solo ou outros ambientes. Este fenômeno consiste basicamente 
na transformação do contaminante a formas que não oferecem riscos de contaminação. Portanto, 
a biorremediação é fundamentada nos processos de degradação microbiana e reações químicas 
combinadas com processos de engenharia, criando condições para maximizar as transformações 
dos contaminantes orgânicos do solo.
Alguns dos compostos tóxicos encontrados em solo ou água, de acordo com a Agência de Proteção 
Ambiental, são os seguintes:
 » Os hidrocarbonetos aromáticos policíclicos (PAHs, do inglês polycyclic aromatic 
hydrocarbon) são compostos orgânicos voláteis com vários anéis benzênicos 
condensados, representados por compostos como antraceno e benzopireno. 
Os PAHs são, em sua maioria, lipofílicos, adsorvendo fortemente a superfícies 
hidrofóbicas. O interesse na biorremediação desses compostos é crescente devido a 
seus efeitos mutagênicos e carcinogênicos.
 » Os hidrocarbonetos halogenados, especialmente os clorados, são xenobióticos 
de grande persistência no solo devido a sua baixa taxa de degradação, resultado 
de baixa solubilidade, tamanho molecular, toxicidade e elevada energia química 
de ligação. Os contaminantes mais estudados são: PCP (Pentaclorofenol), TCE 
(Tricloroetileno) e os PCBs (Bifenis policlorados).
 » Os derivados nitrogenados do nitrotolueno, empregados na confecção de materiais 
explosivos como o TNT (2,4,6- trinitrotolueno). 
Do ponto de vista prático, a biorremediação é fundamentada em três aspectos principais:
39
CONTROLE E TRATAMENTO DE RESÍDUOS │ UNIDADE II
 » a existência de micro-organismos com capacidade catabólica para degradar o 
contaminante;
 » o contaminante deve estar disponível ou acessível ao ataque microbiano ou enzimático;
 » as condições ambientais adequadas para crescimento e atividade do agente 
biorremediador.
Micro-organismos com as mais diversas capacidades metabólicas são empregados na 
biorremediação. A maioria deles são pertencentes a gêneros de bactérias e fungos como: Azospirillum, 
Pseucalcaligenes, Enterobacter, Proteus, Klebsiella, Serratia, Bacillus, Arthrobacter, Nocardia, 
Fusarium, Chaetomium, Phanerochaete e Trametes. A ação metabólica da degradação dependerá 
do micro-organismo envolvido e do ambiente.
Técnicas de biorremediação
Apesar de fundamentadas em um único processo básico, as técnicas de biorremediação envolvem 
variações de tratamentos no local (in situ) e fora do local (ex situ) de contaminação. A maioria das 
estratégias é aplicada à superfície, enquanto outras são específicas para subsuperfícies, como é o 
caso da ventilação que consiste na injeção de ar no solo contaminado para estimular a degradação 
do contaminante.
Vários contaminantes podem ser tratados biologicamente com sucesso. Estes incluem petróleo 
bruto, hidrocarbonetos do petróleo como gasolina, óleo diesel, combustível aeronáutico, 
preservativos de madeira, solventes diversos, lodo de esgoto urbano industrial, e outros compostos 
xenobióticos ou biogênicos, existindo mais de 300 compostos individuais.
Tipos e estratégias para biorremediação do solo
 » Passiva: consiste na degradação intrínseca ou natural pelos micro-organismos 
nativos do solo.
 » Bioestimuladora: consiste na adição de micronutrientes, como nitrogênio e fósforo, 
para estimular os micro-organismos nativos.
 » Ventilação: é uma forma de bioestimulação por meio da adição de gases estimulantes, 
como O2 e CH4, para aumentar a atividade microbiana decompositora.
 » Bioaumentação: